El galardonado diseño de puente de acero impreso en 3D

Cuando se trata de materiales de construcción impresos en 3D, el hormigón parece una opción obvia. Sin embargo, los arquitectos desafían constantemente los límites de lo posible, como con el uso del acero para crear un puente impreso en 3D.

Por ejemplo, el Instituto Americano de Construcción en Acero (AISC - American Institute of Steel Construction)1 en Chicago, EE. UU., otorgó recientemente su prestigioso Premio Forge 20212 al singular concepto de puente de acero impreso en 3D desarrollado por Hunter Ruthrauff del Grupo T.Y Lin International3 de San Diego. Este diseño de puente nada convencional, aunque conceptual, demuestra las posibilidades que ofrece la impresión 3D con acero.

El diseño de puente ganador es uno de tipo peatonal que cruza el cañón de Florida a las afueras de San Diego, California, situado en el límite oriental del Prado, la zona cultural de la ciudad. El puente propuesto crearía una conexión este-oeste de la que carece actualmente el lugar, lo que contribuiría a fomentar el desarrollo de la zona.

El diseño se inspiró en el cercano Puente Cabrillo, una estructura de arco hormigonado in situ. Para crear estos grandes arcos, se utilizaron durante la construcción miles de tableros de encofrado, algo que el arquitecto quería evitar. Sin embargo, la estructura bajo cubierta del Puente Cabrillo se presta a crear excelentes vistas del área, que se imita en el diseño propuesto. La fluidez de la flora local, como cactus e higueras, y las paredes erosionadas del cañón, así como la red casi celular del cañón también sirvieron de inspiración para las formas orgánicas del puente.

La superficie única se inspiró en la influencia española de la arquitectura local, que presenta una gran cantidad de relieves. La superficie articulada del puente es una versión moderna de esto, que fue modelada inicialmente mediante un análisis del flujo del agua. Se emplearon las líneas de la corriente de agua para determinar dónde deberían ubicarse las articulaciones. También se incorporaron unas pequeñas luminarias esféricas en la superficie del puente para que reflejen el cielo nocturno cuando se mira hacia el puente desde el interior del cañón.

El puente comienza con una gran plaza, antes de que la cubierta del puente se expanda y se contraiga a lo largo de su recorrido. Cuatro aperturas dispuestas lo largo de la cubierta permiten a los peatones mantener una conexión visual con el cañón que se encuentra debajo. Cada apertura cuenta también con una hamaca que ofrece a los peatones una experiencia única, si son tan valientes como para atreverse a subir. El sistema de barandillas emplea postes de acero inoxidable impresos en 3D a los que van fijados paneles de vidrio para no bloquear las vistas de la zona.

El puente se compone de tres vanos de 250 pies, con la estructura debajo del puente que se asemeja a una red de celular. Para modelar esta forma se utilizó la relajación de mallas. Inicialmente se utilizaron elementos estructurales simples para el diseño del puente, que posteriormente se relajaron hasta adoptar las formas orgánicas finales mediante la introducción de tensión en el sistema para suavizar las formas.

La creación de nervaduras y formas de doble curvatura en acero era un desafío que solo podía superarse con la impresión 3D. Utilizando la fabricación aditiva de arco de alambre, inventada por primera vez por MX3D4 en los Países Bajos, se pueden lograr formas complejas empleando acero. El puente está diseñado para ser impreso en componentes más pequeños y luego ensamblarse izándolos hasta su posición y fijándolos con pernos a los elementos adyacentes. Cada componente tiene refuerzos internos además de una apertura que permite el acceso al interior de los pernos. Los componentes están formados por un núcleo interior de acero al carbono con una capa exterior de acero inoxidable, lo que ahorra dinero en comparación con una estructura hecha entera de acero inoxidable. Con la impresión 3D, se puede lograr la precisión necesaria para fabricar estas capas de materiales.

Para la realización del puente, se emplearía una construcción segmentaria en voladizo equilibrado, en la que primero se construyen los cimientos y estribos, seguidos de los pilares que van sustentados por tirantes de cable. Esto elimina toda necesidad de estructuras temporales. Luego se añaden los segmentos del arco hasta que se colocan las piezas angulares central y exterior, que estabilizan el puente. A continuación, se pueden quitar las torres de sujeción para añadir las enjutas y los segmentos de la cubierta.

La ventaja de este método en el diseño de puentes radica en que el diseñador entrega los planos de taller directamente a los fabricantes, lo que hace que el proceso de diseño y construcción sea más eficiente. Además, no fue necesario definir ninguna geometría en 2D, lo que ahorró tiempo. La doble curvatura se adapta muy bien a la impresión 3D en acero, sobre todo en comparación con el hormigón impreso en 3D, con el que seguiría siendo necesario incorporar tendones y refuerzos de algún modo. La velocidad de construcción también está limitada por la cantidad de robots de impresión 3D disponibles: con más robots se puede fabricar un diseño con bastante rapidez. Una ventaja adicional de la impresión 3D es que también contribuiría a reducir las molestias en la zona durante la construcción, tanto para los residentes cercanos como para el ecosistema del cañón.

Ruthrauff, el arquitecto del proyecto, quería ampliar los límites de la construcción de acero, y este objetivo se ha logrado verdaderamente con este diseño pionero.

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Más información: El premio Forge 2022 está aceptando presentaciones actualmente. La fecha límite es el 31 de octubre de 2021. Un beneficio adicional para los tres finalistas es la asociación con un fabricante de acero para perfeccionar sus conceptos. Se trata de una experiencia práctica altamente valiosa que no está al alcance de la mayoría de los arquitectos emergentes.

Fuentes:
1 https://www.aisc.org/
2 https://www.aisc.org/pressreleases/press-releases/innovative-3d-printed-steel-bridge-concept-wins-2021-forge-prize/
3 https://www.tylin.com/en/news/article/421
4 https://mx3d.com/