Ingenieros del MIT fabrican ladrillos de vidrio reciclado impresos en 3D

Similares a los bloques de Lego y tan resistentes y apilables como los ladrillos tradicionales, estos nuevos elementos de mampostería podrían reutilizarse al final de la vida útil del edificio o volver a fundirse e imprimirse con otra forma, convirtiéndose en un material de construcción sostenible y circular.

¿Y si los materiales de construcción pudieran montarse y desmontarse tan fácilmente como los ladrillos del popular juego de Lego? Esa 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 utilizando los mismos bloques físicos de construcción.

Esa es la idea que subyace a la construcción circular, cuyo objetivo es reutilizar 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 a cada proceso a lo largo de la construcción de un edificio, desde la fabricación hasta la demolición.

Ahora, ingenieros del Instituto Tecnológico de Massachusetts (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 en 3D personalizada proporcionada por Evenline, una spinoff del MIT, el equipo ha fabricado ladrillos de vidrio resistentes de varias capas, cada uno en forma de ocho, diseñados para encajarse entre sí, como los ladrillos de Lego.

En 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. Prevén que la mampostería de vidrio imprimible en 3D podría reutilizarse muchas veces como ladrillos reciclables para fachadas de edificios y paredes interiores.

«El vidrio es un material muy reciclable», afirma Kaitlyn Becker, profesora adjunta de ingeniería mecánica del MIT. «Estamos cogiendo 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 meter en la impresora y darle una forma completamente distinta. Todo esto forma parte de nuestra idea de un material de construcción sostenible y circular».

«El vidrio como material estructural rompe un poco la cabeza de la gente», dice Michael Stern, antiguo estudiante de posgrado del MIT e investigador en el Media Lab y en el Lincoln Laboratory del MIT, que también es fundador y director de Evenline. «Estamos demostrando que es una oportunidad para superar los límites de lo que se ha hecho en arquitectura».

Becker y Stern, junto con sus colegas, detallan su diseño de ladrillos de vidrio en un estudio publicado en la revista Glass Structures and Engineering. Sus coautores en el MIT son Daniel Massimino, autor principal, y Charlotte Folinus, autora principal, junto con Ethan Townsend, de Evenline.

Un material fascinante

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», dice 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. «Empecé a pensar en cómo la impresión de vidrio puede encontrar su lugar y hacer cosas interesantes, siendo la construcción una posible vía».

Mientras tanto, Becker empezó a explorar la intersección entre fabricación y diseño, y las formas de desarrollar nuevos procesos que permitan diseños innovadores.

«Me entusiasma ampliar los espacios de diseño y manfucturación de materiales desafiantes con características interesantes, como el vidrio y sus propiedades ópticas y su reciclabilidad», dice 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 podía 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 acopla a un horno para fundir botellas de vidrio trituradas y darles una forma fundida e imprimible que la impresora deposita a continuación en patrones estratificados.

El equipo imprimió prototipos de ladrillos de vidrio con el vidrio sodocálcico que se suele utilizar en los talleres de soplado de vidrio. Incorporaron dos clavijas redondas a cada ladrillo impreso, similares a los tacos de un ladrillo de Lego. Al igual que los bloques de juguete, las clavijas permiten que los ladrillos se entrelacen y se ensamblen en estructuras más grandes. Otro material colocado entre los ladrillos evita que se produzcan arañazos o grietas entre las superficies de vidrio, pero puede retirarse si la estructura de ladrillos tuviera que desmontarse y reciclarse, lo que también permite volver a fundir los ladrillos en la impresora y darles nuevas formas. El equipo decidió dar a los bloques forma de ocho.

«Con la forma de ocho, podemos constreñir los ladrillos y a la vez ensamblarlos en paredes con cierta curvatura», explica Massimino.

Tan resistentes como el hormigón

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 resistentes eran capaces de soportar presiones comparables a las de los bloques de hormigón. Los ladrillos más resistentes estaban hechos principalmente de vidrio impreso, con un elemento de engranaje 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 hecha de vidrio impreso, con un elemento de engranaje que podría ser impreso, fundido o fabricado por separado a partir de un material diferente.

«El vidrio es un material complicado», explica Becker. «Los elementos de engranaje, fabricados con un material diferente, eran los más prometedores en esta fase».

El grupo está estudiando la posibilidad de fabricar más elementos de engranaje del ladrillo con vidrio impreso, pero no lo considera un obstáculo para avanzar en la ampliación del 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 autoportantes cada vez mayores.

«Conocemos mejor los límites del material y sabemos cómo escalarlo», dice Stern. «Queremos empezar con algo parecido a un pabellón: una estructura temporal con la que los humanos puedan interactuar y que luego se pueda reconfigurar para crear un segundo diseño. Y podrías imaginar que estos bloques podrían pasar por muchas vidas».