La fibra de carbono: ¿el superhéroe de los materiales de construcción?

Es un día laborable cualquiera. Por el distrito financiero del centro de Chicago —conocido como “the Loop”— pulula una multitud de humanos agobiados cruzando la calle como rebaños de antílopes salvajes huyendo de un depredador. La mayoría pasan apresurados junto al edificio Field, sin pararse a pensar en su importancia ni en la del edificio histórico que en 1931 se demolió allí mismo: el Home Insurance. Construido en 1884, fue el primer edificio de gran altura levantado con acero estructural: un material liviano, económico y duradero que permite edificar estructuras más altas y resistentes, y en menos tiempo que con madera o piedra.

 

El Home Insurace, considerado el primer rascacielos el mundo, marcó un antes y un después en la historia de la arquitectura, la ingeniería y la construcción. Con él se demostraba que el acero era un material de edificación viable y las estructuras de acero, también. El edificio, si bien solo contaba con diez pisos (42 metros) de altura, fue el antecesor de todas las edificaciones de gran altura que se han construido desde entonces, incluido el edificio más alto de la actualidad: el Burj Khalifa de Dubai. Con sus 206 plantas, mide casi un kilómetro.

 

El acero y las estructuras de acero siguen siendo los reyes de la construcción más de 130 años después. Sin embargo, las innovaciones en materiales compuestos y técnicas de fabricación robótica podrían suponer la llegada de un nuevo déspota que los derroque. Y, a juzgar por las investigaciones que se están llevando a cabo en el Espacio Autodesk BUILD (Building, Innovation, Learning, and Design) de Boston, podría resultar igualmente transformador.

 

Materiales mágicos

 

Uno de los materiales compuestos más prometedores en cuanto al futuro de la construcción es la fibra de carbono. Este polímero, consistente en filamentos largos y finos de átomos de carbono unidos en una formación de cristal —los filamentos son más finos que un cabello humano—, es más liviano que el acero, cinco veces más resistente y el doble de rígido. Esto lo hace muy popular entre los fabricantes, que unen los filamentos y los trenzan, como si fuesen de lana para fabricar tejidos, o se moldean en su forma final. Dicho proceso se utiliza para todo tipo de productos, desde cuadros de bicicleta hasta cañas de pescar, pasando por alas de avión, coches de carreras, palos de golf y mástiles para veleros.

 

Simon Kim, director de Ibañez Kim, un estudio de arquitectura y diseño de Cambridge, Massachusetts, es arquitecto y uno de los últimos residentes del Espacio BUILD. Dice: “La fibra de carbono y otros materiales compuestos son de alto rendimiento, lo que significa que pesan muy poco pero pueden soportar muchísimo peso”.

 

Kim, entre muchos otros, creen que las propiedades excepcionales de la fibra de carbono la convierten en un material de construcción ideal. “Los materiales compuestos ofrecen oportunidades muy interesantes de personalización y fabricación rápida”, afirma, porque construir el recinto de una casa pequeña con fibra de carbono solo llevaría unas semanas, frente a los meses que se tarda con materiales convencionales. Y añade: “Cuando nos referimos a contratistas y subcontratistas generales y suministros de materiales, por ejemplo, las estructuras compuestas se pueden erigir bastante rápido y no necesitan mucha mano de obra especializada ni volumen de trabajo. Por eso podemos ir más rápido, la cadena de suministro es más corta, la cantidad de material es menor y todo es menos costoso”.

Su flexibilidad y peso liviano hacen que la fibra de carbono sea fácil de transportar. “Podemos acopiar módulos, llevarlos a otro sitio y acoplarlos para producir montajes mayores según lo que necesitemos”, añade. “Por eso las estructuras compuestas son más flexibles que los edificios tradicionales, a los que se les supone una gran duración que no siempre es algo positivo”.

 

Fabricando el futuro

 

La llegada del acero no fue lo único que dio pie a los rascacielos. Los arquitectos también necesitaron una nueva técnica de construcción para aprovechar las ventajas del material: la edificación con estructuras de acero. También ocurre así con materiales innovadores como la fibra de carbono: su potencial depende del desarrollo de métodos punteros que superen la brecha entre el laboratorio y la obra.

Kim y sus compañeros de residencia, Ayub Lharchi y Yencheng Lu (ambos graduados de la Universidad de Stuttgart), realizaron tests y demostraciones de dichos métodos durante su reciente estancia en el Espacio BUILD. Su trabajo augura un futuro en el que la apuesta arquitectónica por los compuestos será firme como el acero. O, más bien, aún más firme.

 

De esculturas a estructuras

 

Kim inició su residencia en Boston en junio de 2017. ¿Su objetivo? Demostrar que la construcción con fibra de carbono es capaz de producir no solo mayor funcionalidad, sino también una mejor forma. Sus experimentos —evaluar las propiedades de resistencia de distintas resinas para crear polímeros reforzados con fibra de carbono (CFRP), por ejemplo— dan forma a sus instalaciones en el mundo real.

 

“Estamos usando edificios temporales no solo como escaparate de lo que la fibra de carbono es capaz de hacer en cuanto a rendimiento, sino también para demostrar su belleza a nivel cultural”, dice Kim. El arquitecto puso de relieve las cualidades visuales y táctiles de las estructuras de CFRP en “The Forest of Sound”, un proyecto financiado por el Centro Pew de Investigación de Washington. Kim completó el proyecto junto al compositor Lembit Beecher para el estreno mundial de su ópera Sophia’s Forest. Inaugurada en septiembre de 2017 en Filadelfia, la ópera incluía nueve “esculturas sonoras” que Kim y su equipo crearon en el Espacio BUILD. Cada una es del tamaño de un intérprete y consiste en un armazón de fibra de carbono entretejida, en el que se alberga un instrumento mecanizado que crea sonidos ambientales durante la representación.

 

Según Kim, estas esculturas portátiles —semejantes a telarañas o capullos—, pese a estar construidas a pequeña escala, dan una idea del potencial arquitectónico de la fibra de carbono. Kim prevé un futuro en el que se reconvertirán estructuras ya existentes, como almacenes climatizados, añadiéndoles tanques o cápsulas de fibra de carbono. El exterior del edificio se mantendría fundamentalmente estable, pero el interior podría personalizarse con oficinas o residencias modulares fabricadas a partir de los mismos procesos y principios que los de las esculturas de Kim.

 

“Podemos construir instalaciones nuevas, pero también debemos afrontar el hecho de que tenemos construcciones ya existentes desde hace cientos de años que no van a desaparecer”, dice Kim. “Es complicado demoler edificios como estos, de hormigón, ladrillo o paneles de piedra, y volver a construirlos, en lo que respecta a reducir gasto energético y huella ecológica. ¿Por qué no readaptarlos y modernizar su función insertando elementos extremadamente bien construidos, livianos y económicos?”.

 

Dando forma al futuro de la fabricación

 

El mundo natural está lleno de formas geométricas interesantes, desde espirales a esferas, pasando por curvas y conos. No obstante, la construcción está formada demasiado a menudo por triángulos, círculos y cuadrados. Lharchi y Lu, en aras de abrir la puerta a un gran catálogo de formas posibles para los objetos construidos, dedicaron su residencia en el BUILD Space a explorar las posibilidades geométricas de los compuestos reforzados con fibras (FRC en inglés).

 

Según Lharchi, la creación de geometrías novedosas con FRC —incluidas fibras de carbono, vidrio o aramida— requiere un método de fabricación efectivo. “Donde más se aprovecha la fibra es en estructuras de gran envergadura: si quieres cubrir el techo de un estadio, por ejemplo, y no quieres columnas que bloqueen el espacio inferior”, explica. “A día de hoy, si se quiere construir algo así, se debería usar una máquina de gran tamaño como las que se utilizan para fabricar casas con impresión 3D, cosa que no soy capaz de imaginarme a pie de obra, o un brazo robótico industrial, que te limita según hasta dónde llegue el brazo. Aquí lo que estamos intentando hacer es encontrar un método de fabricación que resulte práctico para construir una estructura continua de FRC a gran escala”.

 

Hay un método de fabricación prometedor que utiliza robots de cables, según Lharchi. Su equipo demostró las posibilidades de este tipo de robots en el Espacio BUILD, donde usó cuerda para imitar el comportamiento de la fibra de carbono.

 

“Si has visto alguna vez una skycam en un estadio, es básicamente un robot de cables al que le han puesto una cámara”, apunta Lharchi, que inventó un sistema basado en dos robots de cables trabajando en paralelo, uno encima del otro. A medida que surcan el cable, los robots se van intercambiando fibra, tejiéndola de tal manera que permite geometrías únicas en una sintaxis que se va devanando. “La fibra es una buena opción cuando necesitas crear una estructura grande y liviana. Mi esperanza al investigar métodos de fabricación baratos y accesibles es que podamos popularizar la construcción con fibras a pie de obra”.