CDT El hormigón es el material favorito de la impresión 3D en la construcción y está mejorando gracias a una investigación de la Universidad de Nuevo México (UNM). Allí, los investigadores patentaron un diseño de material de hormigón flexible formulado específicamente para la impresión 3D.
Fuente: 3D Natives
Este es tan solo uno de los proyectos de investigación que se han llevado a cabo en 2024 para optimizar la impresión 3D de hormigón. En octubre, por ejemplo, la Universidad de Virginia fue noticia por desarrollar un hormigón imprimible en 3D que reducía las emisiones de carbono en un 31%.
El hormigón es fuerte y soporta bien la compresión, pero cuando se trata de tensión el material no resiste. Se vuelve quebradizo, por lo que se agrieta y se rompe con facilidad. Incluso reforzado con acero, requiere reparaciones constantes, tanto en edificios como en puentes o aceras. Un hormigón con mejores propiedades de resistencia a la tracción, como el desarrollado en la Universidad de Nuevo México, podría significar la construcción de infraestructuras más fuertes que duren más y sean menos costosas de mantener. Esto podría ser significativo en zonas susceptibles de sufrir catástrofes naturales como terremotos, que someten a los edificios a tensiones laterales.
Según el comunicado de la Universidad de Nuevo México sobre la investigación, científicos de todo el mundo han intentado desarrollar materiales y procesos que pudieran resolver estos problemas. Algunas estructuras se han construido parcialmente con impresoras 3D, pero hasta ahora, la mayoría de los procesos requieren la colocación de materiales como vigas o barras de refuerzo, lo que reduce la automatización que debería ofrecer la impresión 3D. Para imprimir algo sin ese soporte, el material de impresión tiene que ser lo suficientemente fuerte como para sostenerse a sí mismo y, al mismo tiempo, ser adecuado para la extrusión.
Maryam Hojati, profesora adjunta del Departamento de Ingeniería Civil, de la Construcción y Medioambiental Gerald May, se propuso encontrar una solución. Su ayudante de investigación, Muhammad Saeed Zafar, explicó su misión: «Si podemos diseñar con éxito material ultra dúctil sin utilizar barras de acero convencionales, [ello] resolverá el problema de la incompatibilidad del refuerzo con el proceso de impresión 3D».
¿Cómo se creó la mezcla de hormigón?
El punto clave fueron las fibras. Zafar creó mezclas de hormigón con varias cantidades de fibra y, para probar su viabilidad, las mezcló, midió e imprimió con precisión. El proceso era complejo: con muy poca fibra, las impresiones se colapsaban, y con demasiada, la mezcla no pasaba fácilmente por la impresora.
Zafar imprimió muchos diseños de hormigón, incluidas pequeñas estructuras, prismas y muestras en forma de hueso de perro. Una vez impresos, estos diseños se sometieron a pruebas de resistencia a la flexión y a la tracción directa. Después se repitió el proceso y el equipo hizo diferentes mezclas con materiales como alcohol polivinílico, cenizas volantes, humo de sílice y fibras de polietileno de peso molecular ultra-alto.
La sustancia resultante, a la que denominaron «self-reinforced ultra-ductile cementitious material» (material cementoso ultra-dúctil autoreforzado). Esta fue patentada en agosto de 2024 por UNM Rainforest Innovations en nombre de Hojati, Zafar y Amir Bakhshi, quienes trabajaron como asistentes de investigación al principio del proyecto. En la patente, enumeran cuatro mezclas diferentes con hasta un 11,9% más de capacidad de deformación.
«Debido a la incorporación de grandes cantidades de fibras poliméricas cortas en este material, podría mantener unido todo el hormigón cuando se sometiera a cualquier carga de flexión o tensión», dijo Hojati. «Si utilizamos este material a mayor escala, podremos minimizar la necesidad de refuerzo externo a la estructura de hormigón impreso».
El Consorcio de Transporte de los Estados del Centro-Sur (Tran-SET) y el Centro Universitario de Transporte de la Sexta Región concedieron subvenciones para financiar el diseño de una sustancia similar al hormigón, flexible e imprimible. La Universidad de Nuevo México informó que la financiación dio lugar a tres proyectos de investigación: «desarrollo de un material cementoso de ingeniería imprimible en 3D, evaluación de las propiedades del material en estado fresco y endurecido, y desarrollo de un hormigón ecológico imprimible en 3D». Una vez finalizados los dos primeros proyectos, los investigadores diseñaron con éxito el material y lo presentaron para su patente.
¿Qué puede significar el hormigón flexible para la impresión 3D en la construcción?
Este material cementoso ultra-dúctil y autorreforzado sería óptimo para imprimir en 3D edificios y otras infraestructuras, ya que ofrecería una mayor resistencia a las catástrofes naturales, un mantenimiento menos frecuente y una mayor automatización de la construcción. Sin embargo, Hojati también tiene la vista puesta en la construcción en el espacio. En la actualidad, participa en varios proyectos que abordan los retos de la construcción espacial, en los que la impresión 3D para la construcción podría desempeñar un papel clave.
«Ha sido una investigación muy fructífera», afirma Hojati. «Este material tiene propiedades de impresión 3D y una viabilidad estructural muy alta que podría utilizarse en el sector de la construcción». Puedes obtener más información sobre la investigación en el vídeo de arriba, o leyendo el artículo de la UNM aquí.
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