¿Qué pasaría si los materiales de construcción pudieran ensamblarse y desmontarse tan fácilmente como los ladrillos LEGO? Esa mampostería reconfigurable se desmontaría al final de la vida útil de un edificio y se volvería a ensamblar para formar una nueva estructura, en un ciclo sustentable que podría abastecer generaciones de edificios utilizando los mismos bloques de construcción físicos.

Esa es la idea detrás de la construcción circular, que tiene como objetivo reutilizar y readaptar los materiales de un edificio siempre que sea posible, para minimizar la fabricación de nuevos materiales y reducir el “carbono incorporado” de la industria de la construcción, que se refiere a las emisiones de gases de efecto invernadero asociadas con cada proceso a lo largo de 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 vidrio reciclado impreso en 3D. 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 y multicapa, cada uno con forma de ocho, que están diseñados para encajarse entre sí, de forma muy similar a los ladrillos LEGO.

En las pruebas mecánicas, un solo 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. Su visión es 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”, dice Kaitlyn Becker, profesora adjunta de ingeniería mecánica en el MIT. “Estamos tomando el 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 colocar en la impresora y transformarla en una forma completamente diferente. Todo esto se suma a nuestra idea de un material de construcción circular y sostenible”.

“El vidrio como material estructural rompe un poco el cerebro de la gente”, dice Michael Stern, ex estudiante de posgrado del MIT e investigador tanto del Media Lab del MIT como del Lincoln Laboratory, 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 hasta ahora en arquitectura”.

Becker y Stern, junto con sus colegas, detallan el diseño de sus ladrillos de vidrio en un estudio que aparece hoy en la revista  Glass Structures and Engineering . Entre sus coautores del MIT se encuentran el autor principal Daniel Massimino y Charlotte Folinus, junto con Ethan Townsend de Evenline.

Paso de bloqueo

La inspiración para el nuevo diseño de mampostería circular surgió en parte en el Laboratorio de Vidrio 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”, afirma Stern, que más tarde diseñó una impresora 3D capaz de imprimir vidrio reciclado fundido, un proyecto que emprendió mientras estudiaba en el departamento de ingeniería mecánica. “Comencé a pensar en cómo la impresión de vidrio puede encontrar su lugar y hacer cosas interesantes, siendo la construcción una de las posibles vías”.

Mientras tanto, Becker, quien 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 la idea de ampliar los espacios de diseño y fabricación para materiales desafiantes con características interesantes, como el vidrio y sus propiedades ópticas y reciclabilidad”, afirma Becker. “Siempre que no esté contaminado, se puede reciclar el vidrio casi infinitamente”.

Ella y Stern se unieron para ver si el vidrio imprimible en 3D podría convertirse en una unidad estructural de mampostería tan resistente y apilable como los ladrillos tradicionales, y cómo hacerlo. Para su nuevo estudio, el equipo utilizó la impresora 3D Glass 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 de cal sódica, que se utiliza habitualmente en los estudios de soplado de vidrio. Incorporaron dos clavijas redondas en cada ladrillo impreso, similares a los pernos de un ladrillo LEGO. Al igual que los bloques de juguete, las clavijas permiten que los ladrillos se entrelacen y se ensamblen para formar estructuras más grandes. Otro material colocado entre los ladrillos evita rayones o grietas entre las superficies de vidrio, pero se puede quitar si se desmonta y recicla una estructura de ladrillo, 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.

Piedras para pisar

El equipo imprimió ladrillos de vidrio y probó su resistencia mecánica en una prensa hidráulica industrial que apretaba los ladrillos hasta que empezaban 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 un elemento de enclavamiento fabricado por separado que se fijaba 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 un elemento de enclavamiento que podría imprimirse, fundirse o fabricarse por separado a partir de un material diferente.

“El vidrio es un material complicado de trabajar”, ​​afirma Becker. “Los elementos entrelazados, hechos de un material diferente, resultaron ser los más prometedores en esta etapa”.

El grupo está estudiando si se podrían fabricar más ladrillos entrelazados con vidrio impreso, pero no cree que esto sea un impedimento para seguir adelante y ampliar el diseño. Para demostrar el potencial de la mampostería de vidrio, construyeron una pared curva de ladrillos de vidrio entrelazados. A continuación, pretenden construir estructuras de vidrio cada vez más grandes y autoportantes.

“Entendemos mejor cuáles son los límites del material y cómo escalarlo”, dice Stern. “Estamos pensando en convertir los bloques en peldaños para construir edificios y queremos empezar con algo como un pabellón, una estructura temporal con la que los humanos puedan interactuar y que luego se pueda reconfigurar para crear un segundo diseño. Y podemos imaginar que estos bloques podrían pasar por muchas vidas”.

Esta investigación fue financiada, en parte, por el Programa de Becas de Investigación Bose y el Comité de Apoyo a la Investigación del MIT.

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