¿Qué pasaría si los materiales de construcción pudieran ensamblarse y desarmarse tan fácilmente como los ladrillos de Lego? Esta mampostería reconfigurable se desmontaría al final de la vida útil de un edificio y se volvería a montar en una nueva estructura, en un ciclo sostenible que podría proporcionar generaciones de edificios utilizando los mismos bloques físicos.
Esa es la idea detrás de la construcción circular, que apunta a reutilizar y reciclar los materiales de un edificio siempre que sea posible, reduciendo la producción de nuevos materiales y reduciendo el “carbono incorporado” de la industria de la construcción, que se refiere a las emisiones de gases de efecto invernadero asociadas con cada proceso en un edificio. De la construcción, la producción a la destrucción.
Ahora los ingenieros del MIT, inspirados por el potencial ecológico de la construcción circular, están desarrollando un nuevo tipo de mampostería reconfigurable hecha de vidrio reciclado impreso en 3D. Utilizando una tecnología de impresión de vidrio 3D personalizada proporcionada por Evenline, spin-off del MIT, el equipo creó fuertes ladrillos de vidrio de múltiples capas, cada uno con la forma de ocho figuras, que están diseñados para entrelazarse, de manera muy similar a los ladrillos LEGO.
En pruebas mecánicas, un único ladrillo de vidrio soporta la misma presión que un bloque de hormigón. Como demostración estructural, los investigadores construyeron una pared de ladrillos de vidrio entrelazados. Imaginan que la mampostería de vidrio imprimible en 3D se puede reutilizar muchas veces como ladrillos reciclables para construir fachadas y paredes interiores.
“El vidrio es un material altamente reciclable”, afirmó Caitlin Baker, profesora asistente de ingeniería mecánica en el MIT. “Estamos tomando vidrio y convirtiéndolo en mampostería que, al final de la vida útil de una estructura, se puede desmontar y volver a montar en una nueva estructura, o pegar en una impresora y darle una forma completamente diferente. Nuestra idea de un material de construcción circular y sostenible”.
“El vidrio como material estructural rompe un poco el cerebro humano”, dijo Michael Stern, ex estudiante graduado del MIT e investigador tanto en el Media Lab del MIT como en el Laboratorio Lincoln, quien también es el fundador y director de Evenline. “Estamos demostrando que esta es una oportunidad para superar los límites de lo que se ha hecho en arquitectura”.
Baker y Stern, junto con sus colegas, detallaron su diseño de ladrillos de vidrio en un estudio que aparece en la revista. Estructuras e Ingeniería de Vidrio. Entre sus coautores del MIT se encuentran los autores principales Daniel Massimino y Charlotte Folinas, junto con Ethan Townsend de Evenline.
Paso de bloqueo
La inspiración para el nuevo diseño de mampostería circular surgió en parte en el Glass Lab del MIT, donde Baker y Stern, entonces estudiantes graduados, aprendieron por primera vez el arte y la ciencia del soplado de vidrio.
“El material me pareció fascinante”, dijo Stern, quien más tarde diseñó una impresora 3D capaz de imprimir vidrio reciclado fundido, un proyecto que emprendió mientras estudiaba en el departamento de ingeniería mecánica. “Empecé a pensar en cómo la impresión sobre vidrio podría encontrar su lugar y hacer cosas interesantes, siendo la construcción una vía posible”.
Mientras tanto, Baker, que había aceptado un puesto docente en el MIT, comenzó a explorar la intersección de la fabricación y el diseño y formas de desarrollar nuevos procesos que permitieran diseños innovadores.
“Estoy entusiasmado con la ampliación del espacio de diseño y fabricación de materiales desafiantes con propiedades atractivas como el vidrio y sus propiedades ópticas y reciclabilidad”, dice Baker. “Mientras no esté contaminado, el vidrio se puede reciclar casi infinitamente”.
Él y Stern se unieron para ver si se podía fabricar vidrio imprimible en 3D como una unidad estructural de mampostería tan fuerte y apilable como los ladrillos tradicionales. Para su nuevo estudio, el equipo utilizó la Glass 3D Printer 3 (G3DP3), la última versión de la impresora de vidrio de Evenline, que se combina con un horno para derretir botellas de vidrio trituradas en una forma fundida e imprimible que luego la impresora deposita en patrones en capas.
El equipo imprimió prototipos de ladrillos de vidrio utilizando vidrio sodocálcico que se utiliza comúnmente en un estudio de soplado de vidrio. Agregaron dos clavijas redondas a cada ladrillo impreso, similares a los montantes de un ladrillo LEGO. Al igual que los bloques de juguete, las clavijas permiten que los ladrillos se entrelacen y se unan en estructuras más grandes. Otro material colocado entre los ladrillos evita rayones o grietas en la superficie del vidrio, pero se puede eliminar si se desmantela y recicla una estructura de ladrillos, lo que también permite volver a fundir los ladrillos en la impresora y darles nuevas formas. El equipo decidió hacer los bloques en forma de ocho.
“Con la forma de ocho, podemos limitar los ladrillos y combinarlos en paredes curvas”, dice Massimino.
trampolín
El equipo imprimió ladrillos de vidrio y probó su resistencia mecánica en una prensa hidráulica industrial que apretaba los ladrillos hasta que comenzaron a fracturarse. Los investigadores descubrieron que los ladrillos reforzados podían soportar tensiones comparables a las que podían soportar los bloques de hormigón. Estos ladrillos más fuertes estaban hechos en su mayoría de vidrio impreso, con una característica de entrelazado hecha individualmente que se adhería a la parte inferior del ladrillo. Estos resultados sugieren que la mayoría de los ladrillos de mampostería pueden fabricarse a partir de vidrio impreso, con una característica de entrelazado que puede imprimirse, moldearse o fabricarse por separado a partir de un material diferente.
“Trabajar con el vidrio es un material complicado”, afirma Baker. “Los componentes entrelazados, hechos de otro material, son los más prometedores en esta etapa”.
El grupo está investigando si las características entrelazadas de un ladrillo podrían fabricarse a partir de vidrio impreso, pero no ve eso como un factor decisivo para seguir adelante con la ampliación del diseño. Para demostrar el potencial de la mampostería de vidrio, construyeron una pared curva de ladrillos de vidrio entrelazados. A continuación, su objetivo es construir estructuras de vidrio autoportantes cada vez más grandes.
“Tenemos una mayor comprensión de cuáles son los límites materiales y cómo escalarlos”, dijo Stern. “Estamos pensando en colocar piedra en los edificios y comenzar con algo así como un pabellón, una estructura temporal con la que la gente puede interactuar y que luego se puede reconfigurar en un segundo diseño. Y puedes imaginar que estos bloques podrían durar muchas vidas. . Pasar.”
Esta investigación fue apoyada en parte por el Programa de Becas de Investigación Bose y el Comité de Apoyo a la Investigación del MIT.