¿Qué pasaría si los materiales de construcción pudieran ensamblarse y desarmarse tan fácilmente como los ladrillos 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 abastecer a generaciones de edificios que utilicen los mismos bloques físicos.

Ésa es la idea detrás de la construcción circular, que pretende reutilizar y reutilizar los materiales de un edificio siempre que sea posible, para minimizar la fabricación de nuevos materiales y reducir elindustria de la construcciónEl "carbono incorporado", que se refiere a las emisiones de gases de efecto invernadero asociadas con cada proceso durante la construcción de un edificio, desde la fabricación hasta la demolición.

Ahora los ingenieros del MIT, motivados por el potencial ecológico de la construcción circular, están desarrollando un nuevo tipo de mampostería reconfigurable hecha de materiales reciclados impresos en 3D.vaso.Utilizando una tecnología de impresión de vidrio 3D personalizada proporcionada por la empresa derivada del MIT, Evenline, el equipo ha fabricado ladrillos de vidrio resistentes de varias capas, cada uno con la forma de un ocho, que están diseñados para entrelazarse, de manera muy similar a los ladrillos LEGO.

En las pruebas mecánicas, un único ladrillo de vidrio resistió presiones similares a las de 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 podría reutilizarse muchas veces como ladrillos reciclables para fachadas de edificios y paredes internas.

"El vidrio es un material altamente reciclable", afirma Kaitlyn Becker, 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 se puede volver a pegar en la impresora y darle una forma completamente diferente. Todo esto construyeen nuestra idea de un material de construcción circular y sostenible".

"El vidrio como material estructural rompe un poco el cerebro de las personas", dice Michael Stern, ex estudiante graduado del MIT e investigador tanto en el Media Lab del MIT como en el Laboratorio Lincoln, quien también es fundador y director de Evenline."Estamos demostrando que esta es una oportunidad para superar los límites de lo que se ha hecho en arquitectura".

Becker y Stern, con sus colegas, detallan su diseño de ladrillos de vidrio en unestudiarapareciendo en la revistaIngeniería y estructuras de vidrio.Sus coautores del MIT incluyen al autor principal Daniel Massimino y Charlotte Folinus, junto con Ethan Townsend de Evenline.

Paso de bloqueo

La inspiración para el nuevo diseño circular de mampostería surgió en parte en el Glass Lab del MIT, donde Becker y Stern, entonces estudiantes universitarios, aprendieron por primera vez el arte y la ciencia de soplar vidrio.

"El material me pareció fascinante", dice 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 puede encontrar su lugar y hacer cosas interesantes, siendo la construcción una vía posible".

Mientras tanto, Becker, que aceptó un puesto docente en el MIT, comenzó a explorar la intersección de la fabricación y el diseño, y formas de desarrollar nuevos procesos que permitan diseños innovadores.

"Me entusiasma ampliar los espacios de diseño y fabricación para materiales desafiantes con características interesantes, como el vidrio y sus propiedades ópticas y reciclabilidad", dice Becker."Mientras no esté contaminado, el vidrio se puede reciclar casi infinitamente".

Ella y Stern se unieron para ver si, y cómo, el vidrio imprimible en 3D podría convertirse en una unidad de mampostería estructural tan resistente 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 normalmente en un estudio de soplado de vidrio.Incorporaron dos clavijas redondas en 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 entre las superficies de vidrio, pero se puede eliminar si se desmantelara y reciclara 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 restringir los ladrillos y al mismo tiempo ensamblarlos en paredes que tienen cierta curvatura", dice Massimino.

peldaños

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 más fuertes eran capaces de soportar presiones comparables a las que pueden soportar los bloques de hormigón.Esos ladrillos más fuertes estaban hechos principalmente de vidrio impreso, con una característica de entrelazado fabricada por separado que se adhería a la parte inferior del ladrillo.

Estos resultados sugieren que la mayor parte de un ladrillo de mampostería podría estar hecho de vidrio impreso, con una característica de entrelazado que podría imprimirse, fundirse o fabricarse por separado a partir de un material diferente.

"El vidrio es un material complicado de manejar", afirma Becker."Los elementos entrelazados, hechos de otro material, eran los más prometedores en esta etapa".

El grupo está investigando si se podría hacer más función de entrelazado de un ladrillo a partir de vidrio impreso, pero no ve esto como un factor decisivo para avanzar y ampliar el 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.

"Entendemos mejor cuáles son los límites del material y cómo escalarlo", dice Stern."Estamos pensando en escalones para llegar a los edificios y queremos comenzar con algo así como un pabellón, una estructura temporal con la que los humanos puedan interactuar y que luego se pueda reconfigurar en un segundo diseño. Y se podría imaginar que estos bloques podríanpasar por muchas vidas."

Más información:Daniel Massimino et al, Fabricación aditiva de unidades de mampostería de vidrio entrelazadas,Ingeniería y estructuras de vidrio(2024).DOI: 10.1007/s40940-024-00279-8

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre investigación, innovación y enseñanza del MIT.