Puente impreso en 3D Omicrono
Josephine Carstensen, ingeniera: "Imprimimos el puente en 3D en 30 minutos y se hizo solo con cemento"
El MIT diseña un sistema de impresión 3D adaptado a los límites de la máquina que ahorra hasta un 76% de hormigón en las construcciones.
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Mientras España busca soluciones sostenibles para modernizar sus infraestructuras urbanas, investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts han desarrollado un nuevo método de construcción ecológica. Esta propuesta combina la impresión en 3D con modelos de optimización avanzados para reducir de forma drástica el desperdicio de hormigón.
El hormigón representa actualmente el material de construcción más empleado en todo el planeta Tierra. Sin embargo, su fabricación masiva constituye una de las fuentes principales de emisiones de gases contaminantes a la atmósfera.
Una de las alternativas contempladas para mitigar este impacto ambiental consiste en depositar el material capa por capa mediante brazos robóticos automáticos. Este procedimiento permite prescindir por completo de los costosos moldes tradicionales y colocar el material únicamente donde resulta estrictamente necesario.
Hasta la fecha, los diseños arquitectónicos más eficientes generados por computadoras resultaban imposibles de fabricar para la maquinaria real. Las formas matemáticas ideales suelen presentar estructuras intrincadas similares a telarañas que ignoran la rigidez técnica de los dispositivos.
Las máquinas de impresión a gran escala cuentan con boquillas gruesas y limitaciones severas al realizar giros cerrados durante su desplazamiento. Además, estos aparatos mecánicos requieren trabajar mediante un único trayecto continuo para asegurar la estabilidad estructural de la pieza.
El equipo de científicos estadounidenses ha logrado sortear este obstáculo integrando las restricciones físicas directas de las impresoras en los algoritmos informáticos. Gracias a este enfoque integrado, los planos generados por el ordenador pueden enviarse directamente a la línea de fabricación sin modificaciones manuales posteriores.
Los expertos validaron la viabilidad de su propuesta mediante la fabricación real de un puente peatonal de 2,5 m de longitud. Esta estructura experimental demostró que el verdadero límite para aligerar las construcciones no reside en el propio material, sino en la tecnología actual de las boquillas.
La doctora Hajin Kim-Tackowiak explicó que existía una enorme brecha entre los modelos teóricos perfectos y las piezas que realmente se podían construir. Su colega Zane Schemmer añadió que este problema matemático específico se consideraba históricamente imposible de resolver en un tiempo razonable.
El avance informático actual se apoya en un método denominado optimización entera mixta que permite hallar la solución ideal global en lugar de una aproximación aceptable. Hace apenas una década, los procesadores de cálculo disponibles habrían tardado días enteros en procesar la ingente cantidad de variables requeridas.
El software desarrollado por este laboratorio es capaz de proyectar un diseño arquitectónico completamente viable en poco más de 2 minutos. Esta extraordinaria velocidad de procesamiento permite recalcular por completo la estructura en mitad de una jornada de trabajo si surgen imprevistos de última hora.
Durante las pruebas de campo, el puente fabricado de 400 kilos soportó un peso superior a la tonelada sin mostrar ningún tipo de flexión medible. Los datos recopilados durante el ensayo de resistencia coincidieron con absoluta precisión con las simulaciones numéricas previas.
El análisis posterior desveló que la estructura final se encontraba sumamente sobredimensionada debido a las limitaciones operativas de la maquinaria utilizada. Los investigadores comprobaron que la física de los materiales solo empieza a cobrar relevancia una vez superadas las restricciones mecánicas iniciales.
La profesora Josephine Carstensen destacó que este modelo matemático proporciona una guía clara para que los fabricantes desarrollen mejores equipos de impresión. Modificar elementos básicos de los aparatos actuales podría desbloquear niveles de eficiencia energética insospechados hasta el momento.
El estudio detalló que el factor más determinante en el ahorro de masa es el grosor del cordón de hormigón extruido. El puente de pruebas empleó un diámetro de 4 centímetros, pero reducirlo a un centímetro disminuiría el gasto de material en un 66%.
Esta reducción masiva de componentes mantendría intactos los márgenes de seguridad exigidos por las normativas internacionales de edificación civil. La investigación demostró con sorpresa que la necesidad de mantener una línea continua de impresión influye mucho menos que el grosor de la boquilla.
La clave de la resistencia de este viaducto en miniatura radica en que cada sección está diseñada para soportar exclusivamente fuerzas de compresión. El hormigón tolera de manera excelente las presiones que intentan aplastarlo, pero responde de forma deficiente ante las tensiones que buscan estirarlo.
Los diseñadores consiguieron garantizar matemáticamente que ningún fragmento de la estructura sufriera tracciones peligrosas durante su uso previsto. Esta característica permite concebir aplicaciones inmediatas en zonas de desastre humanitario donde se requiera levantar pasarelas provisionales con rapidez sin usar moldes.
![Unos bloques de hormigón.](["https:\/\/s3.elespanol.com\/k\/imgp\/cms\/elespanol\/11262992.jpg?p=w:1706\/h:960&h=iseX2a7k"])
Un hecho curioso ocurrió tras finalizar con éxito las exigentes pruebas de carga planificadas en el centro tecnológico. Un operario intentó levantar una de las esquinas de la estructura para limpiar el suelo inferior y el puente se fracturó de inmediato.
Esta rotura inesperada no se debió a un defecto de cálculo en la fase de diseño técnico. El movimiento lateral generó un esfuerzo de tracción que el hormigón simple no estaba preparado para asimilar en absoluto.
Esta fragilidad ante fuerzas imprevistas demuestra que una estructura puede ser perfecta bajo ciertas condiciones pero sumamente vulnerable ante otras. Por este motivo, el siguiente paso del grupo de investigación consistirá en incorporar refuerzos metálicos en los trayectos de impresión, creando una estructura de hormigón armado, similar a la que se usa ya en las obras.
La introducción de barras de acero dentro del flujo continuo de hormigón plantea un desafío de ingeniería sumamente complejo que ya están analizando. Este proyecto multidisciplinar ha contado con el respaldo financiero de la Fundación Nacional de Ciencias de los Estados Unidos.
