En los últimos años, se ha investigado el uso de materiales inteligentes en la industria de la construcción y los beneficios que estos materiales innovadores pueden aportar.
¿Qué son los Materiales Inteligentes?
Los materiales inteligentes son materiales innovadores que han surgido en los últimos años, proporcionando beneficios para múltiples industrias en comparación con sus contrapartes tradicionales. Otros nombres para los materiales inteligentes incluyen materiales adaptativos y materiales activos.
La principal diferencia entre los materiales inteligentes y los materiales más convencionales utilizados en áreas como la construcción desde hace siglos es su capacidad para responder a los cambios ambientales y las entradas. Estas entradas pueden incluir tensión mecánica, cambios en campos magnéticos o eléctricos, temperaturas, pH, luz y humedad.
Los materiales inteligentes se clasifican según el tipo de entrada a la que responden y su salida. Estos incluyen aleaciones con memoria de forma, materiales magnetostrictivos, materiales piezoeléctricos, fluidos electrorreológicos y materiales electrocrómicos. Muchos de estos materiales se han desarrollado en las últimas décadas.
Aplicaciones en la Construcción
Debido a los desafíos clave en la industria de la construcción en constante evolución del siglo XXI, el interés en los materiales inteligentes ha crecido en la última década. Actualmente, existen varias áreas de investigación innovadoras que están produciendo nuevos materiales que podrían cambiar fundamentalmente la forma en que se construyen los edificios en un futuro cercano.
El concreto inteligente es un compuesto de concreto y fibras de carbono que puede detectar pequeños defectos estructurales y posee una resistencia mejorada en comparación con el concreto tradicional. La conductividad de este material puede cambiar durante los procesos de carga y descarga, mejorando su conductividad.
El concreto inteligente se ha explorado para el blindaje electromagnético y aplicaciones en carreteras, donde se puede utilizar como un sensor de tráfico inteligente para monitorear el flujo y la cantidad de vehículos en los pavimentos. Además, el concreto inteligente se puede utilizar en infraestructuras como carreteras para derretir la nieve mediante el paso de una corriente eléctrica a través de él.
Los materiales inteligentes se han utilizado en áreas como el monitoreo de la salud de los edificios, el control de vibraciones, la seguridad y la mitigación del ruido. Se utilizan para transformar la eficiencia y el confort de los habitantes y los activos. Se ha explorado el uso de fibras ópticas incorporadas en el transporte marítimo y ferroviario para el monitoreo de tensiones.
Los materiales inteligentes con superelasticidad se pueden utilizar como elementos de refuerzo para rehabilitar el agrietamiento del concreto. Las fibras ópticas incorporadas y los materiales inteligentes se pueden utilizar en infraestructuras críticas como puentes y plataformas petroleras en alta mar para monitorear áreas problemáticas y garantizar la integridad estructural.
Se pueden construir puentes inteligentes utilizando estos materiales innovadores, los cuales requieren menos mantenimiento ya que pueden evitar los peores efectos de la vibración y las tensiones ambientales como el viento o los eventos sísmicos. En estas estructuras, las respuestas se pueden monitorear y evaluar mejor.
Desafíos Clave
Aunque esta es un área emocionante de innovación dentro de la industria de la construcción, todavía existen muchos desafíos por delante antes de que se pueda realizar plenamente la utilización generalizada de materiales inteligentes.
Existen varias barreras en términos de costo de construcción, políticas gubernamentales, mantenimiento, tiempo de aprobación, optimización de sistemas, falta de consenso y falta de voluntad por parte de los actores clave de la industria para aprovechar al máximo el potencial de los materiales inteligentes.
En los últimos años, se han realizado varios estudios sobre lo que define un edificio inteligente, revelando una falta de consenso sobre lo que debería ser esta definición. Falta un criterio específico y comúnmente aceptado que afecte el alcance de los edificios inteligentes.
Relacionado con esto, según los estudios de Ghansah y Yang, el uso de nuevos materiales, tecnologías y métodos aumenta la complejidad de los proyectos de construcción inteligente.
Esto conduce a mayores costos y una mayor demanda de capacitación. Además, los diseños pueden tener que cambiarse debido a las especificidades y características únicas de los edificios inteligentes. Esto también incluye circunstancias imprevistas que pueden surgir durante el diseño del proyecto.
También existe una relación entre las expectativas del usuario y el diseño de los elementos del edificio. Estas expectativas, como el confort, la seguridad, el bienestar y las preocupaciones y beneficios ambientales, deben gestionarse durante el diseño del proyecto. Además, se deben tener en cuenta las necesidades del propietario, como el retorno de la inversión y la minimización de costos.
Los costos de los proyectos de edificios inteligentes pueden ser significativamente más altos que los de los edificios convencionales debido a múltiples factores, aunque una vez instalados, los sistemas y materiales inteligentes proporcionan un ahorro potencial a largo plazo. Estos costos deben equilibrarse para garantizar una rentabilidad óptima.
La investigación de 2022 ha encontrado que la principal barrera para el uso de materiales inteligentes y la construcción de edificios inteligentes es la política gubernamental. El sistema regulatorio, debido a su burocracia inherente, no se conoce por fomentar la innovación y la competitividad y a veces puede avanzar a un ritmo relativo.
Vinculado al concepto de edificio inteligente está la ciudad inteligente, que reúne numerosas tecnologías de la Industria 0 y nuevas formas de pensar sobre lo que constituye un área urbana eficiente que mejora la vida de sus habitantes.
Para realizar plenamente el concepto de ciudad inteligente, las políticas gubernamentales deben concentrarse en la gestión de la infraestructura inteligente en constante cambio, que hasta ahora ha sido deficiente en algunos aspectos clave. Los edificios inteligentes se han construido en su mayoría sin la infraestructura inteligente necesaria, limitando el potencial de la zona.
A esto se suma la resistencia a cambiar las prácticas de trabajo tradicionales en la industria de la construcción, que no se conoce por fomentar la innovación de manera generalizada, y se puede ver que existen muchos desafíos estructurales clave que deben superarse si los materiales inteligentes van a encontrar una adopción mundial en la construcción.
Hacia el Futuro de los Materiales Inteligentes en la Construcción
Los materiales y sistemas inteligentes pueden ayudar a construir estructuras más fuertes con una durabilidad mejorada, proporcionando un monitoreo en tiempo real de la tensión mecánica, los cambios ambientales y el confort y la seguridad de los habitantes. La importancia de estos beneficios tanto para edificios individuales como para el concepto más amplio de una ciudad inteligente no puede ser subestimada.
Aunque persisten varios obstáculos, la aplicación de estos materiales avanzados e innovadores en la industria de la construcción tiene un gran potencial para el futuro del diseño urbano y los proyectos de infraestructura.
Fuentes adicionales y más información:
- The Constructor (sitio web) Smart Construction Materials - Applications in Civil Engineering (en línea) theconstructor.org. Disponible en: https://theconstructor.org/building/smart-construction-materials-applications/13/
- Patel, J & Goyal, A (2018) Smart Materials in Construction Technology 2018 International Conference on Smart City and Emerging Technology (ICSCET) [en línea] ieeexplore.ieee.org. Disponible en: https://ieeexplore.ieee.org/document/8537256
- Vargas, R.V et al. (2022) Barriers and Challenges of Smart Buildings Projects in the Context of Construction 0 3rd Latin American Conference on Sustainable Development of Energy [en línea] ricardo-vargas.com. Disponible en: https://ricardo-vargas.com/articles/barriers-and-challenges-of-smart-buildings-projects-in-the-context-of-construction-0/
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