Investigadores de la Universidad de Nuevo México formularon un nuevo material cementoso de alta ductilidad cuya capacidad de deformación supera en hasta cerca de un 12% a la pasta que se utiliza para el hormigón impreso 3D. Con este nuevo material, aseguran, sería posible fabricar estructuras con una mayor capacidad de resiliencia frente a eventos climáticos extremos y automatizar todavía más el proceso constructivo asociado a esta tecnología.
Gracias a sus diversas características, entre las que destacan su resistencia y durabilidad, el hormigón es el material más utilizado en el mundo para la construcción. En ese sentido, su aplicación para tecnologías como la construcción con impresoras 3D también se ha extendido y en la actualidad, el uso del hormigón impreso 3D ya se contempla en una serie de proyectos, especialmente en países como Estados Unidos, Alemania y los Emiratos Árabes Unidos.
Si bien las cualidades positivas del hormigón son diversas, su baja resistencia a la tensión provoca que, ante la menor flexión, el material presente fisuras e incluso, en casos extremos, lleve a fallos. Ante esto, desde hace al menos una década se vienen desarrollando investigaciones para mejorar esa característica y transformar al elemento en un “hormigón flexible”, incorporando microfibras de polímeros que permiten a los elementos “doblarse”, evitando su fractura y logrando, en ese caso en particular, pavimentos más resistentes.
Ahora bien, en la Universidad de Nuevo México, UNM, un equipo de investigadores desarrolló un nuevo tipo de “hormigón flexible” cuya salvedad es que se diseñó especialmente para el uso en impresión 3D. Esto, de acuerdo con el equipo que trabajó este desarrollo, permitiría fabricar estructuras mucho más fuertes y resilientes utilizando esta tecnología, especialmente, para zonas que se vean afectadas por los efectos críticos provocados por el cambio climático.
Abordando un desafío del hormigón: su tracción
“Por sí mismo, el hormigón no tiene propiedades de tracción, lo que significa que, si tienes un elemento de hormigón y lo comienzas a separar, puede romperse fácilmente. En ese sentido, es un material muy quebradizo”, comentó Maryam Hojati, Ph.D en Ingeniería Civil de la Universidad Estatal de Pensilvania y actual profesora asistente en la Universidad de Nuevo México, quien lidera al equipo a cargo de este desarrollo.
De acuerdo con el comunicado de prensa de la casa de estudios, investigadores de todo el mundo han explorado qué materiales y procesos pueden resolver ese inconveniente. En efecto, algunas estructuras -dice la nota- se construyeron con tecnología de impresión 3D pero, hasta el momento, “la mayoría de los procesos se apoyan en la colocación de materiales clave como vigas o barras de refuerzo, limitando la automatización de la impresión 3D. Para imprimir algo sin soportes, el material debe ser lo suficientemente resistente como para sostenerse a sí mismo sin atascar a la impresora”.
Ahí es donde entra Muhammad Saeed Zafar, Ph.D en Ingeniería Civil de la Universidad de Nuevo México, quien trabajó junto a la profesora Hojati para desarrollar un nuevo material que cumpliría con los requisitos de tener propiedades de tracción que eviten su ruptura al separarlo.
De esta forma, el equipo creó una sustancia conocida como material cementoso ultra dúctil autorreforzado. “Si hablamos de la tecnología de impresión 3D o de la fabricación con aditivos en el campo de los plásticos o metales, ésta se encuentra en un estado muy avanzado. Sin embargo, la impresión 3D con hormigón aún está en desarrollo. Con el diseño de este material de ductilidad muy alta sin utilizar barras de acero convencionales, se resuelven los problemas de incompatibilidad del refuerzo en los procesos de impresión 3D”, explicó el Doctor Saeed.
Un “hormigón flexible” especial para la impresión 3D
El nuevo material cementoso -que obtuvo su patente en agosto del año pasado- contiene la suficiente cantidad de fibra para sostenerse a sí mismo, manteniendo una viscosidad que le permite pasar a través de la boquilla de la impresora sin atascarse, detallaron desde la Universidad de Nuevo México. Y si bien en la práctica el proceso parece simple, el encontrar un balance adecuado resultó un desafío complejo. “Nuestro propósito básico al hacer este trabajo fue abordar el desafío del refuerzo en la impresión 3D”, agregó el Doctor Saeed Zafar.
Así, los investigadores desarrollaron una serie de iteraciones y muestreos en los que probaron distintas cantidades y tipos de fibras para fabricar diversos elementos, como pequeñas estructuras y prismas y huesos de perro. Algunas de las fibras y materiales que exploraron para este desarrollo fueron alcohol polivinílico, cenizas volantes, humo de sílice y fibras de polietileno de peso molecular ultra alto.
De esta forma, la patente asociada al nuevo material cementoso ofrece cuatro mezclas diferentes, las que tienen una capacidad de deformación hasta un 11,9% mayor en comparación a la pasta cementosa tradicional que se utiliza en el hormigón impreso 3D.
“Debido a la incorporación de grandes cantidades de fibras poliméricas cortas en este material, podría sostener todo el hormigón junto cuando se someta a cualquier carga de flexión o tensión”, explicó la Doctora Hojati. “Si utilizásemos este material a una escala mayor, podemos minimizar los requerimientos de refuerzos externos en una estructura de hormigón impreso 3D”.
Si bien este nuevo “hormigón flexible” diseñado para la construcción 3D ya se ensayó, aún falta testearlo a una escala mayor que la del laboratorio. Entre sus aplicaciones, el equipo de la UNM comentó que, por las características exhibidas, el nuevo hormigón podría ofrecer beneficios como mayor resiliencia a desastres naturales, requerir menor mantención y ofrecer un proceso de construcción más automatizado. “Este material posee propiedades para construcción con impresión 3D y una muy alta viabilidad estructural”, destacó la académica.
