Lavorazione del calcestruzzo: la digitalizzazione crea innovazione

Lavorazione del calcestruzzo: la digitalizzazione crea innovazione

Il calcestruzzo è ampiamente considerato il materiale da costruzione più utilizzato in tutto il mondo: non c'è da stupirsi, poiché il materiale da costruzione è robusto e versatile. Tuttavia, anche il calcestruzzo è molto impegnativo da lavorare e in tutto il mondo si lavora ad alta velocità per sviluppare ulteriormente il materiale. La disciplina tradizionalmente puramente meccanica sta diventando un'area altamente tecnica caratterizzata da tecnologie digitali, innovazioni sostenibili e soluzioni di automazione intelligenti. L’industria si trova ad affrontare la sfida di combinare competenze tradizionali con tecnologie all’avanguardia, soddisfacendo al tempo stesso le crescenti richieste di sostenibilità, efficienza e qualità. Aziende come Husqvarna Construction, Tyrolit e Hilti portano avanti lo sviluppo con innovazioni, mentre distributori come Kuhn forniscono le macchine e fornitori di servizi specializzati come il servizio di perforazione e segatura del calcestruzzo di Dima utilizzano le soluzioni nei cantieri edili.
La crescente varietà dei moderni tipi di calcestruzzo - dal calcestruzzo ad alte prestazioni alle miscele riciclate - aumenta le esigenze di strumenti e macchine. Tyrolit risponde a questo, ad esempio, con utensili particolarmente durevoli e che garantiscono un'elevata qualità di taglio anche con materiali estremamente duri. Un altro ambito problematico è la salute dei dipendenti: polvere e rumore sono tra i maggiori oneri nella vita lavorativa quotidiana. Negli ultimi anni, produttori come Husqvarna Construction e Hilti hanno sviluppato costantemente sistemi che riducono la polvere attraverso il taglio a umido o l’aspirazione integrata e allo stesso tempo riducono l’inquinamento acustico.
Oltre a questi aspetti tecnici, resta elevata anche la pressione economica. I progetti di costruzione devono essere realizzati nel più breve tempo possibile; i tempi di inattività dovuti all'usura degli utensili o ai tagli imprecisi sono costosi per molte aziende. Metodi di lavorazione a bassa polvere, precisi e veloci sono oggi spesso un criterio di selezione decisivo per i clienti. Anche l’ergonomia gioca un ruolo sempre più importante: i dispositivi devono essere più leggeri, più facili da maneggiare e avere meno vibrazioni.

Superare gli approcci tradizionali

Secondo gli esperti del settore, l’applicazione di concetti innovativi, come la produzione digitale del calcestruzzo e l’automazione dei processi, ha il potenziale per cambiare radicalmente le tecnologie standard per la produzione del calcestruzzo e apportare significativi guadagni di efficienza nonché vantaggi economici ed ecologici alla costruzione in calcestruzzo. Il Building Information Modeling (BIM) si è affermato come un'importante tecnologia chiave. Attraverso la visualizzazione tridimensionale e la simulazione dei processi di lavorazione concreti, progettisti ed esecutori possono identificare potenziali sfide e sviluppare soluzioni nelle prime fasi del progetto. L'integrazione del BIM con le moderne macchine per la lavorazione del calcestruzzo consente di ricavare parametri di lavorazione direttamente dai modelli digitali e trasferirli alle macchine.
C'è un cambiamento visibile, ad esempio, negli azionamenti. Sebbene i dispositivi alimentati a benzina siano da tempo dominanti, produttori come Hilti e Husqvarna Construction fanno sempre più affidamento su batterie e sistemi elettrici. I vantaggi sono evidenti: minori emissioni, minore rumore e utilizzo flessibile anche in ambienti chiusi. Questo sviluppo va di pari passo con una maggiore digitalizzazione dei dispositivi. Tyrolit, ad esempio, dota i suoi sistemi di sensori che monitorano l'usura o la qualità del taglio in tempo reale e aiutano così a ridurre i guasti.
Le piattaforme basate sul cloud possono essere utilizzate anche per migliorare enormemente il monitoraggio e il controllo dei progetti di lavorazione del calcestruzzo. Tali soluzioni consentono il controllo, la produzione e il monitoraggio in tempo reale e, in generale, una maggiore trasparenza. Tra le altre cose, esistono diverse opzioni per il monitoraggio remoto dei cantieri, l'ottimizzazione dei processi di lavoro e la manutenzione preventiva delle macchine.

L’intelligenza artificiale come faro di speranza

Un campo in cui lo sviluppo sta facendo passi avanti è l’intelligenza artificiale (AI). Il loro utilizzo nella lavorazione del calcestruzzo è ancora nelle fasi iniziali, ma sta già mostrando approcci promettenti. I sistemi di intelligenza artificiale possono riconoscere modelli in grandi quantità di dati che non sono ovvi per gli esperti umani. La manutenzione predittiva consente la manutenzione predittiva, in base alla quale algoritmi intelligenti analizzano continuamente i dati della macchina come vibrazioni, temperature e consumo energetico per prevedere le esigenze di manutenzione prima che si verifichino guasti costosi. Ciò non solo riduce i tempi di inattività, ma ottimizza anche i costi di manutenzione.
I sistemi di visione artificiale, a loro volta, possono analizzare le superfici di calcestruzzo in tempo reale e rilevare irregolarità o difetti di qualità che sfuggirebbero all’occhio umano. Ciò consente di apportare immediatamente correzioni e garantire così un'elaborazione uniforme. Aiutano anche gli algoritmi di apprendimento automatico che possono apprendere dai dati storici del progetto e fornire consigli per i parametri di elaborazione ottimali. L’obiettivo è processi di lavoro più efficienti e riduzione degli sprechi di materiale.
Anche l’automazione della lavorazione del calcestruzzo sta facendo enormi progressi. I moderni sistemi robotici stanno già assumendo compiti che prima venivano svolti esclusivamente da lavoratori qualificati. Lo sviluppo è accelerato tra l’altro dalla carenza di manodopera qualificata nel settore edile. Le macchine autonome per la lavorazione del calcestruzzo possono ora svolgere determinate attività di lavorazione in modo indipendente. Il controllo GPS e la tecnologia laser consentono risultati di lavoro precisi e qualità costante, soprattutto per compiti ripetitivi. Allo stesso tempo, possono lavorare 24 ore su 24 e non sono influenzati dall'affaticamento fisico.

Robot autonomi

I robot collaborativi lavorano fianco a fianco con gli operatori umani. Questi sistemi si assumono compiti difficili, monotoni o pericolosi per la salute, mentre gli esseri umani si assumono le attività creative e di risoluzione dei problemi. Vantaggio: il carico di lavoro dei dipendenti diminuisce mentre allo stesso tempo aumenta la produttività.
Husqvarna Construction, ad esempio, vuole rivoluzionare la lavorazione del calcestruzzo con l'“Autogrinder”. Secondo il produttore, la levigatrice per pavimenti automatica è stata progettata per offrire alle imprese edili una “libertà senza precedenti”. Ciò consentirebbe ai clienti di trasformare non solo ogni piano, ma anche “l’intera azienda” e quindi aumentare la produttività e la redditività.
"Siamo molto orgogliosi di presentare un dispositivo che trasformerà davvero il modo in cui vengono pianificati ed eseguiti i lavori di levigatura e lucidatura dei pavimenti. Husqvarna Autogrinder è un'innovazione rivoluzionaria nel mercato della lavorazione del calcestruzzo", spiega Stijn Verherstraeten, Senior Vice President Category & Operations presso Husqvarna Construction. Autogrinder 8 D si basa sulla “PG 8 DR”, una levigatrice planetaria per pavimenti con tecnologia Dual Drive. L’”esclusivo sistema di navigazione” di Husqvarna e le impostazioni di sicurezza sono progettati per consentire alla macchina di navigare autonomamente durante la levigatura e la lucidatura, consentendo agli operatori di concentrarsi su altre attività di lavorazione del terreno.
"I nostri test sul campo e il feedback degli operatori confermano che l'Autogrinder rappresenta un importante progresso. È chiaro che ora abbiamo inaugurato una nuova era nella levigatura dei pavimenti", sottolinea Joakim Leff-Hallstein, Vice Presidente Gestione Prodotto Preparazione delle Superfici presso Husqvarna Construction.

Lega più anidride carbonica

Inoltre, il cambiamento climatico e le normative ambientali più severe stanno costringendo l’industria del calcestruzzo a ripensare. L'obiettivo è produrre il materiale da costruzione nel modo più neutro possibile dal punto di vista climatico; organizzazioni come l'Istituto Fraunhofer per la fisica delle costruzioni IBP stanno lavorando a questo. Secondo i ricercatori, il “pirocarbone”, ad esempio, è una chiave importante per rendere il calcestruzzo più rispettoso del clima. Durante la produzione, i residui vegetali o altre sostanze organiche come il metano vengono lavorati in un'atmosfera povera di ossigeno. Fino al 40% del carbonio contenuto nelle piante viene immagazzinato allo stato solido sotto forma di pyrochar. Attraverso l'integrazione, nel calcestruzzo viene trattenuta più anidride carbonica di quanta ne venga emessa durante la produzione. I ricercatori hanno anche sviluppato un processo per granulare il pyrochar. Gli aggregati prodotti (di dimensioni inferiori a due millimetri, ndr) sostituiscono la sabbia presente nel calcestruzzo, rendendo il materiale da costruzione non solo più rispettoso del clima, ma anche notevolmente più leggero. Ciò potrebbe a sua volta far risparmiare ulteriori costi di trasporto.
Nella ricerca del calcestruzzo del futuro vale la pena dare uno sguardo anche al passato: secondo Fraunhofer il calcestruzzo romano utilizzato nell'antichità soddisfa tutti i criteri dei materiali da costruzione moderni e sostenibili. Sono privi di cemento, sono costituiti da risorse disponibili localmente come la cenere vulcanica, sono durevoli e resistenti a molte influenze esterne. Purtroppo, secondo i ricercatori, le ricette su cui si basavano sono andate perdute. Nel progetto Roman Inspired Cement Innovation by Multi-Analytical Enhanced Research (RICIMER), gli esperti stanno ricercando possibili ricette per decifrare le formulazioni originali, compresi gli additivi, e trasferirle ai moderni materiali da costruzione.
I leganti attivati ​​alcalini, i cosiddetti geopolimeri, sono un altro campo di ricerca in crescita. Con proprietà come resistenza alla corrosione, elevata resistenza ed eccellente resistenza alla temperatura, offrono un'ampia gamma di possibili usi, soprattutto nel settore edile. Presso Fraunhofer IBP, ad esempio, è stato sviluppato un processo per produrre un materiale da costruzione completo e, soprattutto, rispettoso del clima dalla materia prima rinnovabile Typha (tifa), il cosiddetto “Typhaboard”. Il versatile materiale isolante e da costruzione per pareti è costituito da foglie di tifa e un legante minerale, che vengono pressati in pannelli multifunzionali. Typhaboard combina molte proprietà che lo rendono un materiale da costruzione produttivo. È stabile, offre un buon isolamento acustico, eccellenti proprietà di umidità, è resistente alla muffa, ha un elevato effetto isolante e offre anche un elevato livello di protezione antincendio.