Innovador diseño de hormigón que imita la naturaleza mejora la resistencia al agrietamiento en un 63%, prometiendo mayor durabilidad y eficiencia en los trabajos de construcción
Investigadores de Ingeniería de Princeton, en Estados Unidos, están revolucionando la construcción civil aumentando la resistencia del hormigón al agrietamiento hasta en un 63% mediante un diseño inspirado en la naturaleza. A equipo, dirigido por Reza Moini, profesor asistente de ingeniería civil y ambiental, combinó la innovación en el diseño de materiales con técnicas avanzadas de fabricación aditiva.
Utilizando robots industriales, pudieron controlar con precisión la deposición de materiales, creando un hormigón mucho más resistente.
La naturaleza como fuente de inspiración
El estudio, publicado el 29 de agosto en la revista Nature Communications, demostró que los investigadores se inspiraron en las escamas de una especie de pez llamada celacanto. Las escamas de este pez tienen una estructura de doble hélice, lo que llamó la atención de los ingenieros, pues esta configuración ofrece alta resistencia a las fracturas.
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Según Moini, la naturaleza suele utilizar arquitecturas inteligentes para combinar fuerza y resistencia en sus materiales, y replicar estas estructuras en construcción civil Fue el punto de partida de la innovación del proyecto.
Diseño y fabricación de hormigón.
Para lograr esta resistencia superior, el equipo desarrolló un nuevo diseño, organizando el hormigón en tiras individuales, apiladas en tres dimensiones. Estos cables se conectaron estratégicamente, creando una disposición de doble hélice que mejora significativamente la resistencia a la propagación de grietas. Esta técnica de diseño, llamada “mecanismo de endurecimiento”, permite que el material soporte mejor las grietas, evitando que se propaguen de forma rápida o predecible. Así, las vigas y otros componentes estructurales se vuelven mucho más resistentes.
Este enfoque innovador es también una evolución para construcción civil, ya que depende de técnicas de fabricación aditiva, en las que los robots depositan material hilo a hilo. Esto hace posible crear estructuras complejas que no serían factibles con los métodos convencionales de moldeo de hormigón. Con la robótica, los investigadores pueden garantizar una precisión geométrica sin precedentes, esencial para garantizar la integridad estructural de componentes como vigas y columnas.
Papel de la robótica en el avance de la construcción civil
Shashank Gupta, coautor del estudio y estudiante de posgrado en Princeton, destacó la importancia de la robótica en el proceso de fabricación de estos componentes. Explicó que para crear materiales concretos con alta fidelidad geométrica a gran escala, como en vigas y columnas, la automatización robótica es clave. Sin esta precisión, sería muy difícil lograr los resultados deseados. La robótica también permite un control exacto sobre la colocación del hormigón, asegurando que las formas arquitectónicas mantengan su integridad durante todo el proceso de fabricación.
Fabricación aditiva aplicada a construcción civil Es particularmente poderoso al permitir a los diseñadores explorar geometrías y estructuras complejas que antes eran imposibles de implementar con técnicas tradicionales. Además, en el laboratorio de Moini, los robots industriales se integran con avanzados sistemas de procesamiento en tiempo real, lo que permite crear componentes arquitectónicos a gran escala que no sólo son funcionales sino también estéticamente atractivos.
Soluciones para desafíos concretos
Uno de los mayores retos a los que se enfrentaron los investigadores fue el hecho de que el hormigón fresco tiende a deformarse bajo el peso de las capas superiores, lo que podría comprometer la precisión de las estructuras creadas. Para resolver este problema, el equipo desarrolló un sistema de control avanzado, en el que el robot utiliza dos componentes: hormigón y un acelerador químico. Estos dos materiales se mezclan en la boquilla del robot justo antes de la extrusión, permitiendo que el acelerador actúe sobre el hormigón, aumentando la velocidad de curado.
Esta innovación fue crucial para garantizar que las capas inferiores de hormigón no se deformaran bajo el peso de las superiores, manteniendo la precisión geométrica necesaria para los componentes arquitectónicos de la construcción civil. El sistema de extrusión, liderado por Gupta, también permitió un mayor control sobre la forma final de las estructuras, minimizando la deformación y asegurando que se preservara la estética y la funcionalidad.
Impactos en la construcción civil
Esta innovación tiene el potencial de transformar la forma en que se utiliza el hormigón en construcción civil. Al aumentar significativamente la resistencia al agrietamiento y permitir la creación de formas más complejas y duraderas, las técnicas desarrolladas por los investigadores de Princeton abren nuevas posibilidades para diseños arquitectónicos más ambiciosos y seguros. Además, la combinación de diseño innovador y tecnología robótica ofrece una solución sostenible y eficiente a los desafíos que enfrenta la industria.
El uso de robots y la inspiración de la naturaleza para mejorar el rendimiento de los materiales demuestran cuánto construcción civil puede evolucionar con la adopción de nuevas tecnologías y procesos de fabricación. Estos avances no sólo aumentan la durabilidad y seguridad de los edificios, sino que también brindan una mayor libertad creativa a ingenieros y arquitectos de todo el mundo.