| Tesis Doctorales de la Universidad de Alcalá |
| NANOTECNOLOGÍA APLICADA AL DISEÑO DE NUEVOS SISTEMAS EN BASE CEMENTO AUTOCOMPACTANTES Y POR IMPRESIÓN 3D EN ARQUITECTURA | | Autor/a | Varela Recio, Hugo | | Departamento | Arquitectura | | Director/a | Barluenga Badiola, Gonzalo | | Fecha de defensa | 14-12-2023 | | Calificación | Sobresaliente cum laude | | Programa | Arquitectura (RD 99/2011) | | Mención internacional | Sí | | Resumen | El diseño de materiales avanzados en base cemento mediante nanotecnología es una alternativa excelente para dar respuesta al nuevo paradigma tecnológico abierto debido a la digitalización y robotización provocada por la entrada de la industria 4.0 en el sector de la construcción en Arquitectura. La fabricación digital se ha convertido en un nuevo modo de pensar la arquitectura mediante el uso y el conocimiento del material. Entre las diferentes formas de fabricación digital con materiales en base cemento, actualmente destacan dos tecnologías: sistemas autocompactantes (HAC) y sistemas por impresión en 3D con materiales en base cemento (3DP).
La mayor diferencia que encontramos entre ambas tecnologías es durante su ejecución. En el caso del HAC se presenta la necesidad de un molde que sostiene y da forma al material, mientras en 3DP destaca la ausencia de molde, adquiriendo su forma en la etapa de extrusión y manteniéndola tras esta. Sin embargo, ambas tecnologías encuentran su mayor problemática también en la puesta en obra con el material en fresco. En el HAC debido a su alta presión hidrostática en el encofrado y los problemas de fuga por su gran fluidez. En 3DP debido a su capacidad de ser extruido (extrudibilidad) y posteriormente de ser construido verticalmente (constructibilidad) capa a capa sin producir el colapso del elemento.
Un control riguroso de la reología del material en el momento inicial es fundamental para ejecutar estas tecnologías, controlando parámetros como el límite elástico inicial (a cortante y compresión), viscosidad, cohesión, módulo de rigidez y la evolución de estas en el tiempo. El uso de la nanotecnología (materiales de tamaño nanométrico) en este campo es una excelente manera de abordar los problemas reológicos presentes en ambas tecnologías, debido a su gran capacidad de modificación del material usando cantidades muy pequeñas. En este estudio se han utilizado distintos tipos de nanoarcillas (NC) y distintos modificadores de la viscosidad (VMAs) para ajustar las propiedades reológicas acordes a cada requerimiento tecnológico.
Para el análisis reológico y mecánico de las propiedades en fresco del material se han llevado a cabo diferentes tipos de ensayos experimentales en laboratorio adaptados a ambas tecnologías en cada una de las escalas del material. Los resultados obtenidos han sido analizados y discutidos para su publicación. En el caso del HAC, se realizo el diseño de pastas de cemento fluidas y análisis de los efectos y las sinergias de estos nanocomponentes, para luego aplicar estos efectos en escala hormigones, evaluando su efecto en la reducción de presión lateral en pared. Además, se propuso un modelo experimental que estudia la reducción de presión en encofrados. En el caso del 3DP, se diseñaron pastas de cemento y se evaluaron los efectos producidos por la nanotecnología en la extrudibilidad, para después aplicar estos efectos en escala morteros y evaluar la imprimibilidad y constructibilidad vertical del material.
Finalmente, los resultados de investigación obtenidos en esta tesis doctoral han sido, la publicación de 4 artículos en revistas indexadas de alto impacto (4 jCR-Q1) además de otro artículo que se encuentra en proceso de revisión (JCR-Q1). Cuatro participaciones orales en congresos internacionales con tres publicaciones indexadas (dos capítulos de libro y un artículo indexado en SJC-Q3), y un poster, junto con varias participaciones en congresos nacionales y locales con publicaciones asociadas. También, la publicación de un capítulo de libro sobre el contenido de la tesis doctoral en la editorial Springer, como fruto de un seminario en el máster MUPAAC de la Universidad de Alcalá (UAH). Asimismo, la realización de dos estancias internacionales en Francia y Reino Unido, financiadas por la UAH a través del programa de movilidad de PIF (2021 y 2022). |
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