Impresión 3D con tierra para edificaciones: Estado del arte de parámetros de mezcla, desempeño estructural y brechas para su estandarización

En las últimas décadas, la industria de la construcción ha intensificado la adopción de tecnologías de fabricación digital para acelerar los procesos de producción y responder a demandas de eficiencia y complejidad formal (García de Soto et al., 2018). Aunque la fabricación digital fue introducida en la industria de la construcción en los años 80, ha sido en la última década, que múltiples investigaciones han explorado el potencial y los desafíos de esta técnica a escala industrial (Gomaa et al., 2022), con un fuerte impulso por parte de la fabricación aditiva, en particular la impresión 3D (Paolini et al., 2019). Se ha demostrado que un proceso de construcción automatizado y digital ofrece beneficios sustanciales como mayor libertad de diseño, mejora de la productividad y beneficios ambientales (Zareiyan & Khoshnevis, 2017), lo que ha motivado el desarrollo de componentes estructurales a gran escala mediante fabricación digital (Feng et al., 2015; Gomaa et al., 2021). Empresas como Apis Cor, CyBe, WASP, COBOD y PERI han logrado imprimir edificios a escala real 3D, destacándose proyectos en Emiratos Árabes Unidos y Arabia Saudita (Geneidy et al., 2019). Sin embargo, la mayoría de proyectos y estudios en fabricación digital se han centrado en materiales cementicios, particularmente en la impresión 3D de concreto (Shakor et al., 2019), tendencia que ha generado preocupación ambiental, dado que el cemento es responsable del 5–8% de las emisiones globales de CO₂ (Kajaste & Hurme, 2016), y la construcción en general consume el 40% de la energía y materias primas globales (Alhumayani et al., 2020). Frente a este escenario, ha surgido un creciente interés por explorar materiales alternativos más sostenibles, como la tierra. A diferencia del concreto, los materiales de tierra (como adobe, cob, tierra apisonada o arcilla) presentan ventajas en términos de bajo impacto ambiental, alta masa térmica y menor costo (Ben-Alon et al., 2020). No obstante, su implementación en contextos contemporáneos sigue siendo limitada, principalmente por su menor resistencia estructural y la falta de industrialización de sus procesos constructivos. Además, la ausencia de un marco normativo que regule su aplicación en edificaciones habitables, la variabilidad en las propiedades de las mezclas y la escasa investigación sobre su comportamiento a largo plazo en condiciones tropicales, representan barreras significativas. La tierra presenta limitaciones estructurales, particularmente en términos de resistencia sísmica, debido a su baja rigidez y su deficiente resistencia a esfuerzos de flexo tracción. En este contexto, la relevancia de esta investigación se fundamenta en tres aspectos clave: primero, el potencial de esta tecnología para reducir significativamente la huella ambiental del sector construcción, mediante el uso de materiales locales como arcillas y fibras naturales, lo que minimiza residuos y energía embebida en los procesos constructivos. Estudios recientes han demostrado que estas técnicas pueden reducir los tiempos de obra hasta en un 60% comparado con métodos tradicionales (Soares et al., 2023). Segundo, su capacidad para democratizar el acceso a vivienda digna en zonas rurales y de difícil acceso, donde los sistemas industrializados resultan económicamente inviables. Tercero, la oportunidad de revitalizar técnicas vernáculas a través de la innovación tecnológica, creando sinergias entre el conocimiento ancestral y la ciencia de materiales. Esta investigación busca superar algunas de dichas limitaciones mediante una revisión sistemática del conocimiento actual, con el objetivo de sentar las bases técnicas que orienten el desarrollo de normativas adaptadas al contexto colombiano y latinoamericano. Se adopta un enfoque cualitativo de tipo exploratorio y descriptivo, centrado en una revisión sistemática de literatura científica, técnica y normativa. La estrategia metodológica considera la recolección y selección de fuentes, análisis temático y síntesis crítica. Se espera que la revisión sistemática contribuya a responder las siguientes preguntas de investigación: ¿Cuál es el estado actual del conocimiento sobre la impresión 3D con tierra para edificaciones, en términos de composición de mezclas, desempeño estructural y desafíos para su estandarización técnica y normativa? Mezclas: ¿Cuáles son los materiales, métodos de caracterización, aditivos y proporciones más utilizados en mezclas de tierra para impresión 3D? ¿Cómo influyen estos componentes en la trabajabilidad, extruibilidad y resistencia mecánica del material impreso? ¿Qué métodos de control en estado fresco y endurecido en las mezclas de estudio se recomiendan para determinar el desempeño de estas? Técnicas de fabricación: ¿Qué técnicas de impresión (extrusión, curado, refuerzo) se han desarrollado y cuáles son sus principales ventajas y limitaciones? ¿Qué estrategias de refuerzo, como el uso de fibras naturales o geometrías específicas de impresión, mejoran el comportamiento estructural del material ante esfuerzos de compresión, flexión y cargas cíclicas? Evaluación estructural: ¿Qué métodos de evaluación estructural de las propiedades mecánicas (ensayos de compresión, flexión, cargas cíclicas) se han aplicado a elementos impresos en tierra? ¿Cuáles son los resultados más relevantes respecto al comportamiento estructural de estos elementos ante cargas verticales y horizontales? Condiciones ambientales: ¿Qué procedimientos y recomendaciones se deben aplicar según el tipo de material en relación con el curado, y cuál es su impacto a corto, mediano y largo plazo? ¿Cómo influyen las condiciones ambientales como la humedad y la temperatura en la durabilidad y el desempeño mecánico de estructuras impresas con tierra? Normativa y estandarización: ¿Qué marcos normativos existen actualmente para impresión 3D en construcción, y cuáles podrían adaptarse al uso de tierra como material estructural? ¿Qué vacíos normativos y técnicos obstaculizan la validación y estandarización de esta tecnología para su aplicación en edificaciones habitables? Aplicabilidad y oportunidades: ¿Qué oportunidades ofrece la impresión 3D con tierra para su aplicación en programas de vivienda rural, social o autoconstrucción en el contexto colombiano? ¿Qué casos de éxito internacionales de impresión 3D con tierra podrían servir como referencia para su implementación local?