Assessment of fresh and hardened state properties in medium-scale 3D printing of earth-cement mixtures with and without jute fibers

Abstract

Perú es un país sísmicamente activo que se caracteriza por una prevalencia desproporcionadamente alta de viviendas informales, gran parte de las cuales se construyen sin una supervisión adecuada durante el proceso de construcción. En este contexto, la manufactura aditiva (impresión 3D) surge como una metodología de construcción transformadora, que ofrece un proceso de construcción sustancialmente acelerado en relación con las técnicas convencionales y reduce significativamente el desperdicio de material. Sin embargo, su adopción generalizada se ve obstaculizada por desafíos críticos, en particular la alta demanda de cemento, aditivos y otros materiales esenciales, que aumentan los costos generales del proyecto. En respuesta a estas limitaciones, este estudio tiene como objetivo mejorar la eficiencia de los materiales minimizando el consumo de recursos y garantizando un rendimiento mecánico y reológico óptimo. La composición seleccionada comprende suelo arcilloso, agua y cemento, complementado por una investigación sobre los beneficios potenciales del refuerzo con fibra de yute. El marco de investigación implica una evaluación rigurosa de diferentes propiedades. En el estado fresco, las evaluaciones clave incluyen la prueba de impresión de filamentos, la prueba de veleta, la resistencia a la penetración y la caracterización reológica. Las métricas críticas de rendimiento, como el comportamiento de contracción, la resistencia a la compresión y las mediciones del ángulo de contacto, se examinarán al endurecer. Además, la resistencia a la erosión se evaluará sistemáticamente a través de pruebas de durabilidad, incorporando la prueba de inmersión, la prueba de capacidad de absorción y la prueba de erosión acelerada. Para corroborar estos hallazgos, se fabricarán especímenes impresos en 3D a mediana escala (~1 m³ de volumen), con y sin fibras de yute, para determinar su influencia en el comportamiento de contracción y el rendimiento a largo plazo. Los resultados preliminares indican que el refuerzo de fibra mitiga significativamente el agrietamiento inducido por la contracción, mientras que el contenido de cemento ejerce una influencia decisiva en la integridad mecánica de los elementos de mediana escala. Estos conocimientos contribuyen a la evolución de materiales sostenibles adaptados a los compuestos de suelo-cemento impresos en 3D, lo que mejora tanto la resiliencia estructural como la viabilidad medioambiental. Además, esta investigación establece una base crítica para futuras investigaciones, facilitando el desarrollo de mezclas sostenibles optimizadas que mejoren la eficiencia del refuerzo y mejoren la resistencia a la erosión, impulsando así la innovación en el campo de las tecnologías de manufactura aditiva.