La construcción con hormigón ha sido un pilar fundamental en la industria arquitectónica durante décadas. Sin embargo, en los últimos años ha surgido una tecnología innovadora que está revolucionando la forma en que se construyen los edificios: la impresión 3D en hormigón. En este reportaje, exploraremos junto al académico UC y arquitecto Cristián Calvo Barentin, las ventajas de esta nueva tecnología y su potencial para desarrollar construcciones a medida, pensadas desde la estructura y el diseño, lo que crea un nuevo concepto arquitectónico. Además, destacaremos cómo Chile, con su diversidad en microclimas, se posiciona como un lugar ideal para generar nuevos usos y técnicas con la impresión 3D en hormigón, y cuáles son las principales brechas y desafíos que tenemos como país.

Ventajas de la Impresión 3D en Hormigón

La impresión 3D en hormigón ofrece una serie de ventajas en comparación con los métodos de construcción tradicionales. Una de las principales ventajas radica en su capacidad para desarrollar construcciones a medida, adaptadas a las necesidades específicas de cada proyecto. Al utilizar esta tecnología, los ingenieros y arquitectos pueden materializar su visión de manera más precisa, explorando formas y diseños que anteriormente podrían haber sido difíciles de alcanzar.

Además, la impresión 3D en hormigón permite una mayor eficiencia en el uso de materiales. Al construir capa por capa, se reduce la cantidad de desperdicio de hormigón y se optimiza su distribución, lo que resulta en una construcción más sostenible y amigable con el medio ambiente.

Otra ventaja destacada de esta tecnología es su velocidad de construcción. La impresión 3D en hormigón permite la creación de estructuras en tiempos más breves en comparación con los métodos tradicionales, lo que puede contribuir a una mayor eficacia en el desarrollo de proyectos en situaciones de emergencia, como en casos de desastres naturales o la construcción de viviendas sociales.

Principales desafíos en Chile

En conversación con el académico Cristián Calvo Barentin, arquitecto y docente de la Facultad de Arquitectura, Diseño y Estudios Urbanos de la Pontificia Universidad Católica de Chile, la impresión 3D en hormigón es una tecnología incipiente en Chile, pero con un gran potencial de crecimiento. Comenta que una de las causas principales de que el país se encuentre atrasado en esta materia es por falta de tecnología, la cual hace unos pocos años no existía en el mercado. “Hay una gran brecha, ya que todas las investigaciones iniciaron hace al menos dos años realizando mezclas e imprimiendo objetos elementales para después lograr desarrollar proyectos más grandes”, comenta el académico Cristián Calvo. Esto sucede debido a que, entre otros factores, para lograr imprimir en 3D en hormigón se requiere analizar la proporción correcta de los materiales necesarios considerando las características y comportamiento de las materias primas locales. Es decir, una mezcla con proporciones de cemento, áridos y agua de un país o región, no va a reaccionar de la misma manera en otra localidad, por lo que se hace requisito fundamental encontrar la fórmula adecuada para comenzar sus aplicaciones en la construcción.

En la UC, este hito se consiguió con el equipo liderado por los académicos Claudia Eugenin e Iván Navarrete, mediante el proyecto de impresión 3D en hormigón con incorporación de relaves, mezcla que junto al académico Cristián Calvo, están utilizando para un proyecto de mitigación medioambiental y recuperación del paisaje natural en la comuna de Huasco, Región de Atacama.

“Para nosotros, el foco está en aportar al desarrollo de nuevos materiales, y no solamente crear una mezcla que funcione para imprimir casas. Por ejemplo, considerando que a veces el hormigón que se usa para la impresión 3D no es el material más amigable con el medioambiente (debido a su mayor porcentaje de cemento por metro cúbico), pensar que se pueden utilizar productos de otros procesos industriales como insumos para generar otros materiales puede ser bien útil. Observar hacia dónde va el mundo del hormigón hoy en día y tratar de sustituir esos ingredientes que tienen una gran huella de carbono, es una de las claves principales para enfrentar los desafíos de la industria de la construcción”.

Cristián Calvo

Arquitecto y Académico UC

Principales oportunidades en Chile

Chile tiene una posición privilegiada para desarrollar técnicas pioneras en la impresión 3D con hormigón, debido a su diversidad de climas desde desiertos áridos hasta zonas montañosas, bosques y costas, con una amplia riqueza geográfica y su alta experiencia sísmica, lo que se traduce en grandes oportunidades para la búsqueda de soluciones innovadoras que se pueden exportar según las necesidades específicas de cada país. La impresión 3D en hormigón permite ajustar la resistencia térmica, la permeabilidad al agua y otros aspectos fundamentales de los edificios según las necesidades climáticas de cada región.

“Yo creo que Chile necesita, desde mi perspectiva, participar de la discusión internacional con una mirada fresca. Nosotros desde un contexto de país en vías de desarrollo, tendemos mucho a copiar, a adoptar tecnologías desde otros lados, sin cuestionarnos cuál es nuestra contribución. No creo que en Chile estemos en la frontera del conocimiento empujándolo, muchas veces estamos tratando siempre de ponernos al día, lo que se da por varias cosas como por ejemplo falta de recursos económicos y de capital humano”.

Cristián Calvo

Arquitecto y Académico UC

La pregunta que nos debemos hacer es porqué es importante hablar de impresión 3D en hormigón en Chile. La capacidad de personalizar las estructuras mediante la impresión 3D en hormigón permite aprovechar al máximo los recursos naturales y climáticos de cada zona, mejorando la eficiencia energética y la habitabilidad de las construcciones. Además, dada la actividad sísmica en Chile, la tecnología de impresión 3D en hormigón podría desempeñar un papel crucial en el desarrollo de construcciones sismorresistentes, y ser un apoyo en las construcciones en hormigón armado, y en el uso de fibras como reemplazo total o parcial de la enfierradura. La capacidad de imprimir estructuras sólidas y de diseño específico puede contribuir a la creación de edificaciones capaces de resistir mejor los impactos de los terremotos, brindando mayor seguridad y protección a los habitantes.

“Una cosa que es bien increíble en Chile, es que nosotros tendemos a construir de la misma forma, ya sea en el desierto de Atacama o en Las Torres del Paine, y no tiene ningún sentido”.

Cristián Calvo

Arquitecto y Académico UC

Sin embargo, para lograr avances importantes con la impresión 3D en hormigón, es fundamental la colaboración entre universidades, empresas y el sector gubernamental en Chile. Es sumamente importante fomentar la investigación y el intercambio de conocimientos para aprovechar al máximo el potencial de esta tecnología.

Recursos tecnológicos disponibles

Actualmente en la Universidad del Bio-bio están desarrollando investigación con impresión 3D a gran escala, mientras que la UC cuenta con una impresora 3D en el Departamento de Ingeniería y Gestión de la Construcción, y un brazo robótico en la Facultad de Arquitectura, Diseño y Estudios Urbanos, al cual se le acoplará una bomba especializada para la impresión 3D de hormigón, que permitirá aumentar el volumen, la precisión y la velocidad de impresión.

“Adaptar el brazo robótico como impresora 3D nos permite abrir nuevas oportunidades, ya que podemos imprimir más rápido, con más altura y probar nuevas mezclas de hormigón, acercándonos mucho más a la aplicación real. El brazo robótico nos permite imprimir con otras orientaciones, no necesariamente perpendiculares a un plano horizontal, ya que se pueden inclinar las capas e imprimir elementos que se adapten a la trayectoria de carga y evitar así problemas de delaminación”.

Cristián Calvo

Arquitecto y Académico UC

Para comprender la delaminación, es importante considerar que el principal problema que surge al momento de construir con impresión 3D en hormigón, es lograr construcciones monolíticas, debido a que la superficie entre las capas horizontales no siempre se adhiere correctamente. Esto produce fracturas y un deslizamiento de la estructura de forma horizontal. Por lo tanto, debido a que el brazo robótico permitiría imprimir con diferentes ángulos, se evitaría este inconveniente, ya que se podrían alinear perpendicularmente las capas de impresión en relación a las trayectorias de carga.

Un nuevo enfoque en la construcción

La implementación de la impresión 3D en hormigón también puede tener un impacto significativo en la industria de la vivienda. En Chile, al igual que en muchas otras partes del mundo, existe una creciente demanda de viviendas asequibles y de calidad. La tecnología de impresión 3D en hormigón ofrece la posibilidad de construir viviendas de manera rápida, y de forma eficiente, lo que podría contribuir a resolver el desafío habitacional que enfrenta el país.

"Desde mi punto de vista, el diseño arquitectónico, la construcción y el diseño estructural tienen que ir de la mano. Un buen diseño siempre alinea de manera indivisible las capas de diseño arquitectónico, las formas y el comportamiento estructural. En Chile y otros países de la región, el diseño estructural no es común, lo que es común es el dimensionamiento estructural. El arquitecto propone un diseño y el calculista dimensiona los elementos constructivos para que pueda sostenerse. Un diseño estructuralmente eficaz debe basarse en las propiedades de los materiales que lo componen".

Cristián Calvo

Arquitecto y Académico UC

En este sentido, cada material cuenta con características y propiedades que lo hacen adecuado para ciertos proyectos, pero no para otros, y aquí se requiere enfrentar la construcción con una mirada mucho más alineada con distintas disciplinas, incorporando el conocimiento de la ingeniería, la arquitectura y el diseño, lo que permitiría aprovechar tecnologías como la impresión 3D para incorporar nuevos materiales, formas alineadas con trayectorias de carga, tales como aplicaciones estructurales que le otorgue resistencia a la construcción sin necesidad de grandes cantidades de refuerzo, o posibilitar la incorporación de una escalera, una banca u otro mobiliario en la medida que se imprime.

“Veo una gran oportunidad en el uso de la impresión 3D con hormigón para avanzar en la alineación de estas dos capas: la capa de diseño arquitectónico y la capa estructural, porque construir con los métodos tradicionales de encofrados es súper restrictivo desde el punto de vista de la construcción de formas complejas. Si queremos hacer cualquier forma que vaya más allá del muro recto, necesitamos moldes especiales, y una serie de elementos que encarecen la construcción y que al final hacen que el molde que se creó para un fin concreto se convierta luego en un residuo”.

Cristián Calvo

Arquitecto y Académico UC

Sustentabilidad

Asimismo, la impresión 3D en hormigón presenta un enorme potencial en el campo de la arquitectura sostenible. La tecnología permite optimizar el uso de materiales y reducir el desperdicio. Esto es especialmente relevante en un país como Chile, que se encuentra comprometido con la protección del medio ambiente y la transición hacia energías más limpias y sostenibles.

No obstante, la discusión requiere analizarse desde diversas perspectivas. En este sentido, el profesor Cristián Calvo comenta que “la impresión 3D en hormigón en aplicaciones específicas es sustentable, pero no se da en todos los casos, ya que desde el punto de vista de la huella de carbono, el mortero, la pasta que se ocupa para imprimir, normalmente tiene más contenido de cemento por unidad de volumen que un hormigón normal, por lo que hay más emisiones de carbono asociadas a ese material”. En este caso, la tecnología anteriormente mencionada sobre la incorporación de relaves en la impresión 3D en hormigón por parte de Iván Navarrete y Claudia Eugenin, es una solución que aportaría en esta problemática.

Para el académico Calvo Barentin, el aporte que se puede generar desde la sustentabilidad, puede aplicarse en el uso de la construcción prefabricada in situ, donde sería posible aplicar ambas tecnologías incluso en lugares más alejados o fronterizos de difícil acceso, sin la necesidad de transportar por varios kilómetros estos elementos prefabricados. 

“Podríamos pensar por ejemplo en una prefabricación in situ donde tenemos pequeñas células de impresión e imprimir elementos constructivos en el lugar de la construcción para después montarlas solamente. De esta forma no nos limitamos a realizar todo el trabajo desde Santiago para luego llevarlo a regiones, por lo que se reduce la huella de carbono generada por concepto de transporte”.

Cristián Calvo

Arquitecto y Académico UC

Por otro lado, el académico y arquitecto Cristián Calvo Barentin enfatiza en la necesidad de enfrentar la crisis medioambiental a través del desarrollo de materiales alternativos, aprovechar los recursos locales y las nuevas tecnologías. 

“El hormigón en sí, tal y como es hoy, no es la solución a las crisis medioambientales, pero puede serlo si desarrollamos mezclas más sostenibles. El hormigón es un material muy versátil, que puede adoptar diversas formas. Es una piedra artificial que puede moldearse y endurecerse en horas. Un hormigón más sostenible podría ser una solución eficaz y viable desde el punto de vista medioambiental”.

Cristián Calvo

Arquitecto y Académico UC

Autora: Valeria F. Moraga D.