Estudio de un material de construcción sostenible para impresión 3D utilizando suelo local, biopolímero y fibras

Abstract

En el Perú, tres de cada diez viviendas usan la tierra como materia prima para la construcción de viviendas siguiendo métodos tradicionales como el adobe o tapial (INEI, 2017). Sin embargo, problemas como el agrietamiento, erosión y baja durabilidad frente al agua limitan considerablemente su aplicación y uso en la actualidad. En este contexto, la presente investigación busca fomentar la sostenibilidad en la industria de la construcción mediante el desarrollo de un nuevo material de construcción que combina suelo local con un biopolímero y fibras para mejorar sus propiedades; y la innovación al usar nuevos métodos constructivos como la impresión 3D. Para definir el biopolímero y fibras óptimas, se construyó un sistema de selección cuantitativo-cualitativo en el que se consideraron criterios de sostenibilidad, imprimibilidad, resistencia mecánica y calidad del material. La quitosana y las fibras de papel reciclado resultaron elegidos de la comparación entre 15 biopolímeros y 10 fibras (naturales y sintéticas). Para mejorar la resistencia mecánica y reducir el agrietamiento del suelo base, se definió un ratioóptimo de arena/finos(arcilla) mediante una evaluación cualitativa. La definición de las matrices SQP (S:Suelo, Q:Quitosana, P:Papel) se realizaron en base a ensayos de imprimibilidad, para que posteriormente se realicen los ensayos reológicos, mecánicos y de durabilidad. Las matrices estudiadas SQP son producto de la mezcla de suelo local CL-ML, arena fina, quitosana al 3% (p/v) y cinco porcentajes distintos de fibras de papel: 2, 4, 6, 8 y 10%. Todas las matrices reforzadas resistieron satisfactoriamente la erosión por rociado y evitaron el agrietamiento. La matriz con el mejor desempeño mecánico fue la SQP 8%, mientras que las matrices con menor capilaridad fueron la SQP 2% y SQP 4%. Por lo tanto, la matriz SQP 8% fue seleccionada como la dosificación óptima debido a que presenta una excelente combinación de propiedades de imprimibilidad, mecánicas y de durabilidad. Su resistencia al agrietamiento y a la erosión por agua la convierten en un material ideal para su aplicación en elementos no estructurales como macetas, bancas, sillas; e incluso, para elementos estructurales como muros mediante la adición de técnicas de reforzamiento como varillas de acero o mallas electrosoldadas.