Comment l’impression 3D concrète économise de la matière et du dioxyde de carbone

Construire plus léger avec du béton : comment l'impression 3D en béton permet d'économiser de la matière et du CO2

Andreas Trummer et son équipe travaillent intensivement depuis plusieurs années avec la propre imprimante 3D à béton de l’institut dans le laboratoire de conception de robots. L’objectif : des économies massives de matériaux dans la construction en béton. Crédit: Lunghammer—TU Graz

Le béton est le matériau de construction le plus utilisé dans le monde. Il peut être utilisé de plusieurs façons, peut être produit localement et est très durable. Ses performances environnementales, en revanche, font l’objet d’un débat critique. En particulier, la production du ciment composant le béton intégral émet beaucoup de CO2.

“Si nous voulons rendre la construction en béton plus durable et respectueuse du climat, nous devons travailler sur de nouvelles formulations de béton et en même temps utiliser le béton de manière plus ciblée et plus intelligente”, déclare Andreas Trummer. En collaboration avec Stefan Peters, Trummer mène des recherches sur les méthodes de construction légère avec du béton à l’Institut de conception structurelle de la TU Graz. À l’origine, l’ingénieur civil s’est concentré sur la construction en bois, mais “dès qu’entre en jeu la compatibilité climatique – et il le faut bien -, il faut se tourner vers les matériaux de construction minéraux. Et c’est là que le très gros CO2 les économies potentielles peuvent être augmentées.”

En collaboration avec Baumit Beteiligungs GmbH, une équipe d’architectes et d’ingénieurs civils de l’Université de technologie de Graz (TU Graz) s’est consacrée au développement de l’impression 3D encore relativement nouvelle avec du béton. Du point de vue de Trummer, il s’agit d’une technologie fascinante : « Cela signifie que pour la première fois en 150 ans d’histoire de la construction en béton, nous pouvons produire des éléments en béton sans coffrage, c’est-à-dire sans moules de coulée. Nous pouvons imprimer les éléments dans des matériaux entièrement nouveaux, même des géométries porteuses et des formes délicates.” Dans la construction de maisons à base de béton, les éléments en béton imprimés permettent d’économiser considérablement sur le coffrage. “Du point de vue de l’exploitation du bâtiment, il est intéressant d’un point de vue purement économique d’imprimer les murs et de couler la dalle de béton de manière traditionnelle.”

Impression 3D pour des économies de matériaux ciblées dans la construction en béton

À TU Graz, l’impression 3D en béton est utilisée avec d’autres intentions : pour des économies de matériaux ciblées dans la construction en béton. Des éléments en béton filigrane avec des épaisseurs de paroi de seulement deux centimètres sont complétés par du béton traité de manière conventionnelle dans les constructions de toit et de plafond, par exemple.

“Le béton n’est utilisé que là où la structure porteuse et la répartition de la charge l’exigent. En utilisant des unités d’encastrement imprimées, des économies de matériau allant jusqu’à 40 % en volume ou 50 % de CO2 des équivalents peuvent ainsi être fabriqués à partir de dalles en béton armé », explique Georg Hansemann, qui a étudié le sujet en détail dans sa thèse de doctorat. De nombreux tests et expérimentations sont en cours dans le laboratoire de robotique de la TU Graz. Je veux simplement explorer la merveilleuse technologie de l’impression 3D du béton en laboratoire, nous voulons également l’intégrer dans des processus de construction éprouvés », explique Andreas Trummer.

Éléments de réservation pour dalles de béton plus légères

Les chercheurs ont acquis leur première expérience pratique dans le cadre du projet Atelierdach au Schloss Seehof à Lunz. Il appartient au sculpteur, graphiste, photographe et artiste médiatique autrichien Hans Kupelwieser. “C’était la première application en dehors du laboratoire. Nous avions beaucoup de temps et d’espace, ce qui n’est certainement pas le cas sur un ‘vrai’ chantier de construction”, déclare Trummer.

La première utilisation des éléments préfabriqués en béton léger dans des conditions réelles de chantier a été le plafond d’une sortie de parking souterrain pour un lotissement à Nördlingen, en Bavière. Le projet a été réalisé en coopération avec Eigner Bauunternehmung GmbH en quelques semaines seulement. Pour la première fois, la production des pièces en béton imprimées a été réalisée directement par l’entreprise d’exécution. L’équipe de TU Graz s’est occupée de la planification, de la conception et de la facilitation du projet. “Ce fut une collaboration très précieuse pour nous, car il existe de nombreuses subtilités qui ne peuvent être reconnues que dans le processus de chantier”, décrit Trummer.

Lui et son équipe conseillent actuellement sur un projet de construction similaire dans le Vorarlberg. Dans le laboratoire universitaire, il y a du temps et de l’espace pour se plonger dans les détails et travailler avec une grande précision. Pendant la construction, cependant, les choses semblent différentes : “L’horloge tourne, le calendrier est serré, le personnel de construction est très occupé. C’est là que ça doit être pratique et travailler.” Il est donc important que toutes les étapes et interfaces du processus de construction soient définies avec précision. Cela inclut également les écarts et les tolérances. “Les tolérances acceptées et les écarts auxquels les éléments imprimés en 3D doivent être remanufacturés doivent encore être élaborés et négociés. Cela n’est possible qu’avec une mise en pratique étape par étape, facilitée par nous.”

Renforcement sur mesure

Entre-temps, il a été possible d’introduire la technologie de l’impression 3D du béton dans la pratique de la construction. Néanmoins, il reste des questions ouvertes, comme la question du renforcement des dalles de plancher avec des éléments en béton imprimé intégrés. Une dalle de béton lisse et conventionnelle est renforcée avec des barres ou des grilles en acier géométriquement simples. Dans le cas de dalles légères imprimées à nervures entrecroisées, cela est nettement plus complexe et donc plus coûteux.

“Il y a simplement beaucoup plus de mouvements de la main nécessaires. C’était une grande réalisation dans notre institut”, déclare Andreas Trummer. L’Institut travaille donc avec la société AVI (Alpenländische Veredelungs-Industrie GmbH) basée à Graz dans le cadre d’un projet “City of the Future” financé par le FFG (Impression et renforcement du béton 3D pour les structures porteuses à faibles émissions de flexion dans la construction de bâtiments) sur un nouveau principe de renforcement pour les dalles en béton de ce type. L’objectif est de faciliter le montage sur le chantier. Idéalement, à l’avenir, l’armature parfaitement ajustée pourra être commandée directement auprès de l’imprimante béton 3D pour chaque dalle légère planifiée individuellement.

Renfort en acier imprimé inclus

L’équipe de l’Institute of Structural Design a également réussi à ajouter une armature en acier filigrane au toron de béton de l’imprimante. “Nous pouvons directement inclure un câble en acier mince dans les lignes de béton imprimé (PCL ; les torons de béton extrudés) afin que le renforcement soit directement intégré dans le processus d’impression.” Cela rend les constructions imprimées en 3D encore plus robustes et résistantes. En même temps, le cœur de l’architecte se réjouit, car : « De cette façon, vous pouvez également être actif en termes de conception et penser à des panneaux en filigrane pour la façade, par exemple. C’est là que la liberté de conception et l’avantage constructif se rencontrent », explique Robert Schmid, qui traite de ce domaine clé dans sa thèse de doctorat. Baumit a déjà utilisé cet outil de renforcement, qui a été développé à TU Graz, comme prototype sur trois machines.

Dans le même projet “City of the Future”, l’institut travaille avec BOKU sur les questions logistiques entourant les éléments en béton pré-imprimés : comment les éléments préfabriqués arrivent-ils sur le chantier ? Où et comment sont-ils stockés avant cela ? Comment se rendre au bon endroit au bon moment sur le chantier ? “L’expérience a montré qu’il est très sollicité sur les chantiers. Et ces nouveaux composants filigranes sont relativement sensibles et doivent être traités sur place le plus rapidement possible”, souligne Trummer, qui souligne également que “jusqu’à présent, pas un seul de ces les composants ont été endommagés, ils peuvent donc supporter beaucoup de choses.”

Béton cellulaire pour structures légères

Une autre spécialité de l’Institut est le béton cellulaire. Dans ce processus, des bulles d’air sont introduites dans le béton au moyen d’une mousse de protéines et stabilisées. Cela réduit également considérablement la quantité de matériau utilisé et confère en même temps au béton de meilleures propriétés d’isolation thermique. Bien que le béton cellulaire soit déjà traité par certaines entreprises, déclare Trummer : “Nous avons pu envoyer ce béton cellulaire à travers l’imprimante 3D pour la première fois.” Là où le béton doit être porteur, il doit être lourd et dense. Dans d’autres parties de la structure, une isolation thermique plus importante peut être nécessaire ; ici, le béton cellulaire de l’imprimante 3D pourrait être utilisé pour réduire les matériaux isolants à base de pétrole. “Beaucoup de choses sont concevables ici et l’Institut est un pionnier dans ce domaine”, déclare Trummer. Il fait ici référence à la collaboration avec la société carinthienne Mai International, qui fabrique, entre autres, des pompes à mortier pour imprimantes 3D.

Plus de quotidien, moins de prestige

Andreas Trummer donne également un aperçu de sa motivation personnelle à faire progresser les méthodes de construction légère pour la construction en béton : « Nous voyons un grand sens à lier les technologies numériques, la construction en béton léger et la conservation des ressources. Il ne s’agit pas toujours de plus rapide et moins cher. avantages pour un meilleur respect du climat dans le secteur du bâtiment De nombreux jeunes se lancent dans l’architecture avec l’idée de projets architecturaux prestigieux Complexe, élégant, frappant en termes de design Mais dès que la compatibilité climatique et le CO2 entrent en jeu, l’accent doit être mis sur les structures quotidiennes. Ensuite, le regard se détourne rapidement des salles de concert, des lieux d’exposition ou des bâtiments d’infrastructure de transport et se dirige plutôt vers des éléments de construction supposés simples de construction à plusieurs étages. Penser en détail à l’utilisation, par exemple, d’éléments préfabriqués en béton imprimés en 3D pour les plafonds de parkings souterrains, cela a du sens et apporte vraiment des avantages.”


Le premier pont en béton armé imprimé en 3D au monde commence à prendre forme


Plus d’information:
Dossier : www.tugraz.at/en/tu-graz/servi … ction-with-concrete/

Fourni par l’Université de technologie de Graz

Citation: Construire plus léger avec du béton : comment l’impression 3D concrète économise des matériaux et du dioxyde de carbone (2022, 25 mai) récupéré le 25 mai 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-05-lighter-concrete-3d-material-carbon. html

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