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Cemento impreso en 3D para construir edificios a prueba de terremotos
Un equipo de la Universidad Purdue en Estados Unidos ha fabricado con impresoras 3D unas revolucionarias estructuras de cemento con nuevas propiedades.
Los terremotos pueden ser devastadores pero lo más peligroso de todo ello es la destrucción de edificios debido a las sacudidas.
Desde hace siglos el ser humano intenta construir edificios, puentes y carreteras lo más rígidos y seguros posibles. Pero esta rigidez se convierte en un problema en el caso de los terremotos.
Los ingenieros han invertido muchas horas de trabajo con el objetivo de desarrollar estructuras capaces de absorber la energía de un terremoto. Aunque para ello es necesario realizar cambios fundamentales en el diseño y la arquitectura.
Investigadores de la Universidad Purdue han desarrollado con impresoras 3D unas estructuras con un cemento especial que no solo puede aguantar las sacudidas sino que se hace más fuerte con ello. Hablamos con el equipo responsable de este invento para conocer más detalles.
Controlar cómo se propagan los daños
Incluso en la actualidad hay muchos interrogantes sobre cómo se derrumban los edificios debido a un terremoto, aunque ya se sabe que todo empieza por un punto débil. El objetivo del equipo de Purdue ha sido transformar ese único punto en muchos. Además de crear un camino predefinido para la grieta con la idea de controlar la manera en la que se propagan los daños.
La arquitectura helicoidal puede reforzar vigas, columnas y pavimentos
© Purdue Concrete 3D Printing Team
“Dependiendo de la arquitectura y la geometría de esas interfaces, la grieta llegará a un obstáculo y se derivará hacia otra grieta, distribuyendo el daño y evitando que este se concentre, que es lo que provoca el fallo del material”, dice Pablo Zavattieri, miembro del grupo investigador.
Al cambiar una grieta por multitud de ellas el equipo pudo mejorar la resistencia de la pasta de cemento sin sacrificar la dureza. Para ello se han empleado varios diseños de 3D conocidos con el nombre de arquitecturas.
Cada arquitectura ha sido creada con el objetivo de conseguir estructuras con mayor resistencia. Cada una de ellas se comporta de manera diferente pues han sido diseñadas para casos distintos. Así, la arquitectura helicoidal emplea interfaces débiles para que el material sea más resistente a las grietas. Hay otra arquitectura que produce una estructura con flexibilidad sin que por ello pierda fuerza. En el vídeo de abajo puedes verlo con mayor claridad:
“Estas arquitecturas pueden incorporarse en estructuras que vibren y utilizarlas para generar energía cuando están acopladas a un dispositivo piezoeléctrico. La arquitectura helicoidal se puede incorporar en el diseño de elementos estructurales, por ejemplo, vigas y columnas, para proporcionar una resistencia adicional”, explica Reza Moini, otro miembro del equipo.
Millones de años de evolución
Este enfoque es innovador pero no único. Las conchas de los artrópodos, como las langostas y los escarabajos, tienen una arquitectura helicoidal para prevenir las grietas.
“Nos hemos inspirado en distintas arquitecturas que hay en la naturaleza. Pero más importante que imitar el diseño geométrico de la naturaleza es conseguir mecanismos que minimicen los daños”, dice Zavattieri.
“Hay muchos diseños en la naturaleza de los que podemos aprender a la hora de fabricar materiales. Nos gustaría explorar otras arquitecturas como la del nácar (la perla) o la de los dientes. O las estructuras ligeras de los picos de los tucanes y los pájaros carpinteros”, dice Moini.
El equipo investigador
© Purdue Concrete 3D Printing Team
Tecnología a gran escala
Este proyecto solo ha sido posible gracias al desarrollo en la tecnología de las impresoras de 3D que permiten fabricar estructuras que habrían sido imposibles con métodos tradicionales. Aun así todavía queda un largo camino por recorrer. La tecnología de las impresoras 3D sigue siendo muy primitiva, sobre todo cuando se trata de fabricar materiales para ser empleados en la construcción.
“El desarrollo de una impresora de 3D que pueda manejar de forma fiable grandes movimientos y que tenga la capacidad de controlar la velocidad de deposición del material es fundamental”, explica Moini.
“Esto es más importante a gran escala, pues será necesario contar con una fuerza mayor. Además será preciso combinar varios materiales para mejorar las estructuras”.
Todavía falta mucho para que se pueda construir edificios a prueba de terremotos. Sin embargo, los investigadores Moini, Zavattieri, Jan Olek y Jeffrey Youngblood han dado un importante paso adelante al fabricar un cemento con características que antes solo había en la naturaleza. Así que les preguntamos cuál sería el siguiente paso.
“Queremos buscar otras técnicas para procesar el material y conseguir arquitecturas que mejoren el cemento a gran escala. En el futuro se trabajará en la auto reparación y en la adaptación térmica, además de investigar con materiales multifuncionales”, dice Zavattieri.
Un cemento capaz de repararse a sí mismo parece algo sacado de una película de ciencia ficción. Sin embargo, el día que se logre será un avance increíble.