Desarrollo de materiales para construcción aditiva a base de tierra estabilizada con polímeros disueltos en agua

Abstract

La industria de la construcción con cemento satisface las principales necesidades de la sociedad: vivienda, salud, transporte, educación, etc. Sin embargo, la producción industrial de cemento es altamente contaminante, representa cerca del 5% de las emisiones globales anuales de CO2. Por otro lado, la construcción con tierra ha sido empleada por las antiguas civilizaciones y actualmente se muestra como una alternativa sostenible y ecoamigable, ya que es un material económico, de fácil disponibilidad, que requiere poco procesamiento, es buen aislante térmico y permite controlar la humedad. A pesar de ello, la construcción con tierra suele tener poca resistencia mecánica y poca durabilidad frente a la erosión por agua. Para contrarrestar estos problemas, se pueden usar aditivos estabilizantes, como soluciones de biopolímeros como la quitosana o el alginato, y fibras naturales como las de sisal. La quitosana es un biopolímero derivado de la quitina, un polisacárido estructural que principalmente se extrae del caparazón de crustáceos. La quitosana es un copolímero compuesto de unidades de N-acetil-β-D-glucosamina y β-D-glucosamina, cuya proporción define el grado de desacetilación. El alginato, que se extrae de las algas pardas, es otro copolímero lineal, compuesto de unidades de β-D-manuronato y α-L-guluronato. Las fibras de sisal se extraen de la especie Agave sisalana. La solución acuosa de quitosana, la solución acuosa de alginato, y las fibras de sisal se emplearon como estabilizantes de las matrices de tierra en esta investigación. En este trabajo se desarrollaron matrices a base de suelo, solución de polímero y fibras de sisal que extruyan por un sistema de impresión 3D en estado fresco y que posean buena resistencia mecánica y durabilidad en estado endurecido. Se caracterizaron el suelo, la quitosana, el alginato y las fibras de sisal. Luego, se desarrollaron las dosificaciones óptimas de las matrices por extrusión con manga de repostería evaluando la calidad de los filamentos y el grado de contracción lineal durante el secado. Las matrices optimizadas fueron SF24, SQF29 (2%), SQF29 (3%) y SAF24 (2%). Se evaluó la resistencia mecánica y la durabilidad de estos filamentos en estado endurecido. Las matrices SQF29 (3%) y SAF24 (2%) mostraron una buena resistencia mecánica de 3,44 MPa y 2,95 MPa, respectivamente; mientras que las matrices SQF29 (2%) y SQF29 (3%) mostraron una buena durabilidad frente al agua en los ensayos de inmersión, permeabilidad y erosión acelerada. Finalmente, las matrices desarrolladas se validaron mediante el sistema de impresión 3D a escala mediana lográndose imprimir columnas pequeñas con diseños de flor con la matriz SF24 y torres cuadradas pequeñas con la matriz SQF29 (3%).