Incorporando grafeno a un cemento con arcillas calcinadas (LC2), un equipo de académicos de la Universidad de Virginia creó un hormigón impreso 3D que no sólo mejoró su desempeño desde el punto de vista de sus propiedades mecánicas, sino también, redujo significativamente las emisiones de gases de efecto invernadero en su producción.
El avance en la tecnología de impresión 3D aplicada a la construcción con hormigón posee varios frentes. Por un lado, se puede ver cómo los equipos para el hormigón impreso 3D han evolucionado a partir con el desarrollo de proyectos de mayor envergadura. Otro aspecto tiene que ver con la sostenibilidad y, en ese sentido, los diseños de mezcla del hormigón para equipos de impresión son cada vez más optimizados, incorporando elementos para incrementar las cualidades sostenibles del material.
Otra de las aristas en la que el hormigón impreso 3D evidencia sustantivas mejoras es en la resistencia del material. En efecto, tanto en Asia como en Centroamérica, ya se fabricaron viviendas de hormigón con esta tecnología con la capacidad de resistir sismos de alta intensidad. Esto, además de evidenciar el potencial en cuanto a desarrollo que posee el hormigón impreso 3D, también muestra que el material puede aportar más en aspectos como sostenibilidad y productividad, entre otros.
En ese sentido, investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Virginia (UVA, en sus siglas en inglés), desarrollaron un hormigón para impresión 3D cuyo diseño de mezcla contiene una serie de aditivos que, de acuerdo con los académicos detrás de esta innovación, además de mejorar sustantivamente la resistencia y durabilidad del material, también lo hace más sostenible.
Desarrollando un hormigón impreso 3D más sostenible
Este nuevo tipo de hormigón impreso 3D considera la incorporación de grafeno a la caliza y el cemento con arcillas calcinadas (LC2) en el diseño de mezcla del material. Con estos elementos, los investigadores lograron ver en los ensayos de laboratorio que el comportamiento de la pasta imprimible de hormigón incrementó su resistencia, además de evidenciar una mejora en otros aspectos clave para el sector, como lo es la sostenibilidad.
Respecto a la investigación, Osman Ozbulut, Ph.D en Ingeniería Estructural de la Universidad de Texas A&M y profesor en el Departamento de Ingeniería Civil y Medioambiental de la UVA, comentó que “nuestro objetivo fue diseñar un hormigón imprimible que tenga un mejor desempeño y sea amigable con el medioambiente. En ese sentido, la adición del grafeno al cemento LC2 ofrece una oportunidad única para reducir las emisiones de carbono mientras se mantiene la resistencia y flexibilidad requeridas para la construcción con hormigón impreso 3D”.
El equipo que llevó a cabo el estudio, liderado por la investigadora visitante Tuğba Baytak y Tawfeeq Gdeh, investigador del Laboratorio de Infraestructura Avanzada y Resiliente de la UVA, además de profesionales del Concejo de Investigación del Transporte de Virginia (VTRC, en sus siglas en inglés), condujo una serie de ensayos en este nuevo tipo de hormigón impreso 3D, en los que tuvieron como objetivo determinar sus propiedades de flujo, desempeño mecánico e impacto ambiental.
En estas pruebas, el equipo incorporó grafeno -material reconocido por sus impresionantes propiedades mecánicas- al cemento LC2, observando una mejora importante en el desempeño del hormigón imprimible. Además, un aspecto clave en el proyecto fue la ejecución de un Análisis del Ciclo de Vida (ACV) de este nuevo tipo de hormigón impreso 3D, el que logró determinar que el hormigón con el cemento LC2 mejorado con grafeno puede reducir las emisiones de efecto invernadero en aproximadamente un 31%, en comparación con mezclas tradicionales de hormigón impreso 3D.
Aplicaciones en la infraestructura de transporte
Zhangfan Jiang, Doctora en Ingeniería Civil de la UVA, candidata a postdoctorado y una de las investigadoras que realizó el análisis ACV en este nuevo hormigón impreso 3D, comentó que “ser capaz de observar el potencial pleno de la huella ambiental de este nuevo tipo de hormigón fue importante. No sólo muestra un mejor desempeño mecánico, sino también, evidencia un impacto medioambiental mucho menor, haciendo que la construcción con hormigón impreso 3D sea mucho más sostenible comparada con los métodos de impresión 3D tradicionales”.
Por su parte, Tuğba Baytak enfatizó que “este tipo de innovación es esencial para el futuro de la construcción y me siento orgullosa de ser parte del equipo que impulsa este desarrollo hacia adelante”.
Si bien este nuevo tipo de hormigón aún se encuentra en fase experimental, la asociación entre la universidad y el VTRC, permitió al equipo evaluar las potenciales aplicaciones del material en infraestructura del transporte, mostrando aún más su potencial en obras de la vida cotidiana. “La colaboración con el VTRC resultó esencial para descubrir las propiedades fundamentales de este nuevo hormigón”, agregó el profesor Ozbulut.
