Los Emiratos Árabes imprimen en 3D un refuerzo plástico que tiene un 80% de la resistencia del acero en el hormigón

Históricamente, la edificación arrastra una elevada huella de carbono, en buena medida por el uso intensivo de metales en los elementos estructurales. A ello se suma la problemática de que la humedad y las condiciones medioambientales reducen la vida útil de muchas infraestructuras. Y claro, esto ha reabierto el debate sobre el papel del acero en el hormigón.

Desde hace años, distintos grupos de investigación estudian el potencial de los polímeros sintéticos para este tipo de aplicaciones. Sin embargo, hasta ahora se habían topado con una piedra en el camino: la escasa adherencia entre las barras plásticas lisas y el cemento, un problema que puede provocar deslizamientos peligrosos dentro de la estructura.

El polímero impreso en 3D que alcanza el 80% del rendimiento del acero en el hormigón

Investigadores de la Universidad de Sharjah, en Emiratos Árabes Unidos, han desarrollado refuerzos plásticos fabricados con impresión 3D. El equipo liderado por el doctor Muhammad Talha Junaid ha creado piezas biodegradables capaces de alcanzar hasta el 80% de la resistencia a flexión del acero en el hormigón.

Los resultados se publicaron en la revista científica Construction and Building Materials, junto con los ensayos mecánicos realizados. Según los autores, el principal problema no estaba tanto en el material sintético en sí, sino en la geometría cilíndrica tradicional con la que se había trabajado hasta ahora.

La investigación analiza precisamente el comportamiento mecánico de la unión entre el cemento y el elemento de refuerzo. Históricamente, muchas resinas sintéticas han mostrado limitaciones por su superficie lisa, que favorece la separación entre materiales incluso ante cargas relativamente moderadas.

Para superar ese obstáculo, los investigadores recurrieron a la impresión 3D por deposición fundida. Esta tecnología les permitió diseñar y fabricar geometrías imposibles de obtener con los procesos industriales convencionales, como la extrusión o el moldeado tradicionales.

Para mejorar el rendimiento del acero en el hormigón, la clave estaba en la geometría

Gracias al uso de impresoras de última generación, el equipo pudo fabricar armaduras con formas poco habituales. Hablamos aquí de placas planas, ondulaciones repetidas, bordes dentados y patrones triangulares. Estas configuraciones funcionan como puntos de anclaje dentro de la matriz de cemento y mejoran de forma notable la transferencia de esfuerzos.

Ese cambio de diseño permitió que los nuevos refuerzos poliméricos absorbieran hasta cinco veces más energía que las barras de plástico lisas convencionales. Los ensayos también reflejaron un aumento muy significativo de la tenacidad frente a esfuerzos de compresión mantenidos.

Entre todas las variantes analizadas, las formas onduladas fueron las que ofrecieron mejores resultados en laboratorio. Las crestas y los valles impresos en la pieza ayudan a trabar el árido y el cemento endurecido, reduciendo así el movimiento relativo entre ambos materiales dentro de la viga ensayada.

Los investigadores comprobaron además que estas geometrías mejoradas permitían soportar tensiones durante más tiempo antes del colapso. Se trata de una propiedad fundamental para evitar fallos bruscos en edificios expuestos a vientos intensos o a movimientos sísmicos.

Ese comportamiento aporta un margen de seguridad comparable al de otras soluciones de refuerzo empleadas en construcción. La capacidad de deformación controlada favorece que muros y columnas presenten señales previas, como grietas superficiales, antes de alcanzar un punto de fallo crítico.

¿Por qué este avance de Emiratos Árabes es relevante para el mundo de la construcción?

Las barras metálicas presentan una debilidad conocida para quienes están involucrados en el ámbito de la construcción. Y es que su exposición al agua y al oxígeno favorece la oxidación.

Cuando eso ocurre, el metal aumenta de volumen en el interior del hormigón, genera fisuras y acaba comprometiendo la integridad de puentes, carreteras y otras infraestructuras.

Frente a ese problema, los refuerzos plásticos ofrecen una ventaja evidente. Al no verse afectados por la corrosión del mismo modo que el metal, pueden resistir mejor entornos agresivos como zonas costeras o áreas expuestas a elevada salinidad y contaminación atmosférica, lo que podría reducir de forma notable los costes de mantenimiento.

Otro punto a favor es su ligereza. El menor peso de estas piezas simplifica el transporte y la manipulación en obra, reduce la necesidad de maquinaria pesada y puede contribuir a agilizar los tiempos de ejecución, además de mejorar la seguridad laboral en determinados trabajos.

Un material biodegradable a partir de maíz

El material elegido para fabricar estas estructuras es el ácido poliláctico, más conocido como PLA. Se trata de un bioplástico que se obtiene a partir de recursos naturales, como el almidón de maíz o la caña de azúcar, lo que refuerza su atractivo desde el punto de vista medioambiental.

Este material también permite producir las armaduras directamente en el lugar de la obra. En la práctica, bastaría con disponer de bobinas de filamento y equipos de impresión para fabricar piezas a medida, ajustadas a las necesidades del proyecto y con menos desperdicio de material.

El impacto económico de la corrosión estructural sigue siendo enorme a escala global y genera cada año costes millonarios en reparación y mantenimiento.

El equipo de la Universidad de Sharjah trabaja ahora en escalar la producción de estos filamentos y en probarlos en estructuras de tamaño real durante la próxima fase de investigación.