Esta estructura de plástico quiere solucionar el problema de la vivienda: permite levantar casas baratas en sólo 18 minutos

En torno al 70% del plástico producido a escala global termina en vertederos, incinerado o desechado, dando origen a buena parte de los microplásticos que amenazan la salud de las personas y el medioambiente.

Hasta que otros materiales más sostenibles se impongan como alternativas viables, es imprescindible reutilizar esos millones de toneladas de residuos. El sector de la construcción es uno de los más prometedores en ese sentido, con iniciativas como los ladrillos fabricados con plástico reciclado.

Ahora, investigadores del prestigioso Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) acaban de presentar una solución que además permitiría la construcción de viviendas mucho más baratas y rápidas de levantar que las convencionales: un plástico reciclado mezclado con fibra de vidrio que permite imprimir en 3D vigas, cerchas y otros elementos estructurales tan resistentes o más que los de madera o acero.

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Es una solución con un gran potencial, sobre todo en EEUU, donde las vigas de madera se suelen utilizar para sostener suelos y cubiertas. Conectadas a través de placas metálicas y combinadas con vigas paralelas, estas estructuras sirven de sostén para distintos tipos de pavimento.

"Hemos estimado que el mundo necesitará alrededor de 1.000 millones de viviendas nuevas para 2050", sostiene AJ Pérez, profesor de la Escuela de Ingeniería del MIT y principal responsable de la investigación. "Si intentáramos construir tantas viviendas utilizando madera, tendríamos que talar el equivalente a tres veces la selva amazónica".

"La clave aquí es: reciclamos plástico 'sucio' para convertirlo en productos de construcción para viviendas que son más ligeros, más duraderos y sostenibles", señala Pérez, uno de los autores del estudio publicado en Solid FreeForm Fabrication Symposium Proceedings.

Impresión 3D de plástico

La impresión 3D en la construcción, que ya permite levantar casas de hormigón en menos de 18 horas, es una de las grandes esperanzas tanto para reducir la contaminación que produce el sector como para agilizar y abaratar todo el proceso.

Por eso, AJ Pérez y el profesor de ingeniería mecánica David Hardt fundaron en 2019 el MIT HAUS, un grupo dedicado a desarrollar tecnologías para la construcción de viviendas a partir de productos poliméricos reciclados.

En vez de centrarse en elementos estructurales exteriores como los muros que levantan las grandes impresoras 3D de hormigón o arcilla, en este caso son los primeros en fabricar componentes estructurales, desde pilotes de cimentación hasta vigas para el suelo y el techo.

Una de las estructuras para sostener suelos impresas en 3D. MIT HAUS Omicrono

Para lograrlo, han aprovechado las características del tereftalato de polietileno reciclado (el PET de las botellas de agua y refrescos), mezclado con un 30% de fibra de vidrio, para crear un material que a pesar de su ligereza es capaz de resistir altas cargas estructurales.

Para comprobar sus capacidades, el equipo del MIT imprimió vigas en celosía de unos 2,4 metros de largo y 33 centímetros de alto, con un grosor de apenas 2,5 centímetros.

Cada una de ellas se fabrica como una sola pieza continua, sin tornillos ni placas metálicas: los puntos de unión o nudos se forman cuando el polímero fundido se fusiona en zonas concretas durante la impresión.

Una de las grandes ventajas frente a otros procesos es su rapidez: una viga se completa en unos 13 minutos y pesa cerca de 6 kilos, lo que sitúa la producción en torno a 27 kilos de material por hora.

Experimentos en entorno real

Para comprobar si esta tecnología puede funcionar para construir una vivienda real, los investigadores montaron un módulo de suelo de 1,22 por 2,44 metros, el tamaño típico de los tableros de contrachapado que se suelen usar en EEUU.

Bajo ese tablero colocaron cuatro vigas impresas en 3D, apoyadas en elementos de borde y en pilotes, también fabricados con impresión aditiva, de forma que casi toda la estructura está hecha del mismo material reciclado.

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El resultado es un forjado ligero que se comporta de forma similar a un suelo convencional, pero con mucho menos peso y piezas totalmente personalizables desde el software de diseño.

En el laboratorio, el suelo se sometió a una batería de pruebas de carga progresiva, colocando sacos de arena, de cemento y discos de pesas hasta alcanzar fuerzas muy por encima de lo que soportaría un suelo doméstico en su uso normal, con pocas deformaciones.

El módulo aguantó sin fallar cargas cercanas a los 20 kilonewtons (alrededor de dos toneladas distribuidas en toda la superficie), y solo colapsó cuando se alcanzaron unos 4.480 kilos de carga, momento en el que se produjo el pandeo y fractura de dos cordones de la celosía.

Además, las simulaciones por ordenador que realizaba el equipo antes de construir cada pieza coincidieron con los datos reales de los ensayos con menos de un 10% de error, lo que les permitirá afinar el diseño de las piezas antes de gastar material.

Una de las pruebas de resistencia de las estructuras impresas en 3D. MIT HAUS Omicrono

Durante las primeras pruebas, los investigadores detectaron que los nudos eran el eslabón débil de la cadena. Para solucionarlo, rediseñaron estas uniones con un sistema 'dentado' que aumentaba el área de contacto, mejoraba la soldadura del material y evitaba que la viga falle antes de tiempo.

Los investigadores calculan que, si se emplean equipos de impresión más potentes y se trabaja con flujos de PET reciclado y fibra de vidrio a precios de mercado, el coste del material podría bajar entre tres y cinco veces.

Eso situaría el precio de cada viga en el entorno de “unos pocos euros”, una cifra que, multiplicada por miles de piezas, podría marcar la diferencia en proyectos de vivienda social o en módulos prefabricados para situaciones de emergencia.

Más allá de los prometedores resultados, el estudio apunta a que la clave no es solo el material, sino su integración en un sistema completo: máquinas capaces de extruir decenas o cientos de kilos por hora, diseños optimizados por ordenador y cadenas de reciclaje dedicadas a alimentar estas líneas de producción pueden suponer un antes y un después en la construcción.