Economía circular en la industria de la construcción por impresión 3D: una solución de diseño, durabilidad, materiales y procesos para lograr la vivienda digna, asequible y sostenible en Nuevo León y México

Circular economy in the 3D printing construction industry: a design, durability, materials, and processes solution to achieve decent, affordable, and sustainable housing in Nuevo León and Mexico
Economia circular na indústria de construção por impressão 3D: uma solução de design, durabilidade, materiais e processos para alcançar habitação digno, acessível e sustentável em Nuevo León e no México

J. M. Mendoza-Rangel¹, J. R. Zapata-Padilla¹, F. D. Anguiano-Pérez¹, M. I. Velásquez-Hernández¹, S. Mares-Chávez¹, E. E. Espino-Robles¹, J. I. Alvarado-López¹, M.A. López-Serna¹, J. A. Mendoza-Jiménez¹, J. H. Díaz-Aguilera¹*

¹ Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ingeniería Civil, Nuevo León, México.

*Autor de contacto: jhda_ic24@hotmail.com

Recibido: 22/04/2024
Revisado: 10/05/2024
Aprobado: 14/05/2024
Publicado: 15/05/2024

RESUMEN
Esta revisión de la impresión 3D de materiales cementantes (I3DMC) evalúa su idoneidad para construir Vivienda Digna, Asequible y Sostenible (ViDAS) en México, considerando los requerimientos mecánicos, por durabilidad y sostenibilidad. La crisis climática y económica son retos actuales para una Industria de la Construcción Circular, pero la I3DMC reduce hasta 88%, 50%, 70% y 90% las emisiones de CO₂, materiales y desechos, mano de obra, tiempos y costos, respectivamente, alcanzando la resistencia y durabilidad de la construcción convencional. Asimismo, existen empresas de I3DMC en países desarrollados, pero importar esta tecnología a países en desarrollo es poco asequible, por tanto, la investigación de tecnologías de I3DMC está en curso en Nuevo León, México, permitiendo la construcción de ViDAS por $1,700-$4,500/m².

Palabras clave: economía circular; impresión 3d de materiales cementantes; vivienda digna, asequible y sostenible; diseño eficiente; propiedades mecánicas y de durabilidad.

1. INTRODUCCIÓN

La Economía Circular (EC) es un paradigma a nivel mundial que promueve la participación de todos los sectores de la sociedad (público, privado, académico y sociedad civil) para alcanzar una mejor calidad de vida con base en la sostenibilidad de los países. Las industrias están adoptando un modelo de producción y consumo basado en compartir, alquilar, reutilizar, reparar, renovar y reciclar los recursos existentes, con el fin de generar un valor añadido a los productos y materiales, incidiendo tanto en la manufactura y comercialización, como en su reintegración dentro de nuevos ciclos de producción y consumo (Parlamento Europeo, 2023). De esta forma, el ciclo de vida de los materiales se extiende al incorporarse una y otra vez en la manufactura de nuevos productos como materias primas circulares, lo cual reduce los residuos de las industrias al mínimo.

Si un producto llega al final de su vida útil, sus materiales se mantienen dentro de las cadenas de valor y suministro siempre que sea posible su reciclaje, reparación, renovación, etc., incluso compartiendo las materias primas circulares entre industrias de diferentes tipos, lo cual puede requerir del acondicionamiento de los materiales, su transformación, control de calidad, etc. Por lo tanto, la circularidad forma parte del diseño eficiente de los materiales para lograr la optimización de los procesos, del control de calidad y de la durabilidad de los elementos de construcción (Mendoza-Rangel y Díaz-Aguilera, 2023; Yang y col., 2022). Este modelo circular contrasta con el modelo económico lineal convencional, basado principalmente en “usar y desechar” o de obsolescencia programada, el cual requiere de grandes cantidades de materiales y energía, baratos y de fácil acceso, que asocian el consumo no-sostenible de los recursos naturales (Parlamento Europeo, 2023). Así, diversos autores a nivel mundial (Adesina (2020), Van Breugel (2017) y Villagrán‐Zaccardi y col. (2022)), han aplicado los principios de la EC en la Industria de la Construcción (IC) para desarrollar materiales, tecnologías y procesos más sostenibles con respecto de la construcción convencional. Los esfuerzos de la IC en EC pueden clasificarse en siete áreas principales (Mendoza-Rangel y Díaz-Aguilera, 2023): (i) Digitalización, (ii) Innovaciones tecnológicas, (iii) Diseño eficiente, (iv) Materiales reciclados, (v) Extensión de vida útil, (vi) Recursos locales, y (vii) Procesos eficientes. Los alcances y beneficios de las siete áreas tienden a superponerse en función del modelo de EC a desarrollar para la IC, pudiendo incluir la fabricación de materiales de construcción, aditivos químicos, agregados reciclados, procesos de construcción, diseño de mezclas, optimización de propiedades (p.ej., mecánicas, durabilidad, térmicas, etc.), proyectos de edificación e infraestructura, o cualquier otro tipo de aplicación.

Con respecto a la digitalización de la IC, esta se logra introduciendo elementos tecnológicos para alcanzar la optimización de los materiales y sus propiedades, procesos de fabricación y construcción, etc. (NoParast y col., 2021), favoreciendo la sostenibilidad de la industria y la reducción de la huella de carbono. Algunos ejemplos son: (i) la reducción en la generación de desperdicios mediante el control preciso de la dosificación y mezclado de los materiales, utilizando sensores de monitoreo en tiempo real, lo cual también reduce la variabilidad de las propiedades resultantes (Adesina, 2021; NoParast y col., 2021); (ii) el control de la composición química durante la producción de materiales por medio del modelamiento estadístico avanzado, utilizando softwares (Perez-Cortes y Escalante-Garcia, 2020); (iii) el control de calidad del diseño, materiales y procesos por medio de Inteligencia Artificial o modelado BIM (Adesina, 2021; Hossain y col., 2020; Marsh y col., 2022); (iv) la disminución de los tiempos de construcción o la fabricación de elementos prefabricados mediante el uso de robots y maquinaria automatizada, que incluso pueden operar 24 horas al día y siete días a la semana con el mismo rendimiento, como la impresión 3D (Fořt, y Černý, 2020; Robayo-Salazar y col, 2023); (v) el desarrollo de materiales y elementos de construcción circulares considerando un diseño eficiente que permita maximizar tanto la durabilidad durante la primera vida de servicio, como la circularidad para reparar el material, reincorporarlo en nuevos ciclos de vida como materia prima en el mismo tipo de proceso, en otra nueva aplicación en la IC o incluso en otra industria; etc. (Velvizhi y col., 2020).

Entre las opciones relacionadas con la digitalización de la IC, la impresión 3D de mezclas cementantes (I3DMC) es una de las tecnologías con más ventajas en términos de desempeño mecánico, durabilidad y sostenibilidad, ya que permite crear elementos de construcción tridimensionales, arquitectónicos y estructurales, capa por capa a partir de un diseño digital, de manera precisa, eficiente, eficaz y por un costo significativamente menor en comparación con la construcción convencional (ArchDaily, 2018; Colorado y col., 2020; Şahin y col., 2022; WINSUN, 2014). La I3DMC ha atrapado la atención de CEMEX y HOLCIM, afirmando su interés por desarrollar estas tecnologías y aprovecharlas en el mercado mexicano (CEMEX, 2022; HOLCIM México, 2024). No obstante, esto se realizan en colaboración con la empresa COBOD de impresoras 3D de concreto, por lo que las innovaciones referidas son sólo para las tintas cementantes. La I3DMC requiere del desarrollo tecnológico de las tintas cementantes y las impresoras 3D con características específicas: (i) las tintas asocian propiedades que facilitan su impresión en 3D (p.ej., capacidad de extrusión, edificación y bombeo, así como el tiempo disponible para realizar la extrusión, etc.) y pueden elaborarse con base en distintos materiales además del cemento Portland (CP), como los cementos activados alcalinamente y los geopolímeros, tierra arcillosa, materiales de desecho, etc. (Be more 3D, 2024; Colorado y col., 2020). Posteriormente, la tinta cementante impresa se endurece y debe presentar propiedades mecánicas, de durabilidad y sostenibilidad que sean competitivas con respecto del concreto convencional (Colorado y col., 2020; Motalebi y col., 2023; Nohedi y col. 2022; Robayo-Salazar y col, 2023; Şahin y col., 2022). (ii) La impresora 3D requiere una estructura de soporte y sistemas de extrusión, bombeo, movimiento en tres direcciones (X, Y y Z), etc. Además, aunado a la contribución a la sostenibilidad del procedimiento constructivo, la impresora 3D debe presentar componentes que permitan un alto desempeño y durabilidad, minimizando los mantenimientos bajo las condiciones adecuadas (Jo y col., 2020; Şahin y col., 2022).

Por otra parte, la IC en México busca alternativas sostenibles para lograr una EC, como las soluciones a los problemas de vivienda, calidad y espacio, incluyendo la asequibilidad, calidad y resistencia de los materiales, pisos de tierra, vivienda provisional, durabilidad y mantenimiento, entre otros. Esto es debido a las declaraciones de ONU-Hábitat que estimó desde 2019 que el 38.4% de las viviendas en México son inadecuadas (ONU-Hábitat, 2019). Por lo tanto, la I3DMC es una propuesta de base tecnológica que podría contribuir a la construcción de vivienda digna, asequible y sostenible (ViDAS) conforme a los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de la Agenda 2030 (Naciones Unidas, 2015). No obstante, la investigación y desarrollo tecnológico en esta área es limitada en México (Perales-Santilla y col., 2024; Ruiz-Jaramillo, 2021), por lo cual se requiere precisar el estado del arte a nivel internacional de la I3DMC con el fin de analizar su idoneidad según el contexto nacional y brindar las directrices para brindar soluciones innovadoras que mitiguen el cambio climático mientras transforman la IC para lograr la construcción de ViDAS. Esto puede incluir el desarrollo de tecnología mexicana en torno a:

(i) tintas cementantes convencionales con base en concretos y morteros que optimicen el uso del CP; (ii) tintas cementantes de bajo carbono que sustituyen parcialmente el uso de CP por materias primas alternativas (piedra caliza, arcillas calcinadas, subproductos de la industria energética, agroindustrial, etc.); (iii) tintas de cementantes alternativos que usen 0% clinker como los cementos activados alcalinamente, geopolímeros, etc.; (iv) sistemas de construcción modular; (v) impresoras 3D de mezclas cementantes; (vi) diseño eficiente y sostenible de viviendas con base en la optimización estructural, de la durabilidad y extensión de vida útil, energética (p.ej., el uso de energías renovables como paneles solares, arquitectura bioclimática, materiales avanzados como termoaislantes, ventanas inteligentes, etc.), de recursos hídricos (filtros para reutilización de aguas grises, etc.) y otros. Asimismo, se debe resaltar la importancia de la vinculación entre los sectores de la sociedad para promover una mayor transferencia tecnológica desde el sector científico al industrial, que transforme la investigación en PIB a largo plazo. Las alianzas estratégicas entre el sector industrial, público y científico, también permitirán que la IC ejerza un rol como agente de transformación de EC para otras empresas y la sociedad, favoreciendo la adaptación eficiente ante los retos de la sostenibilidad.

Por lo tanto, se presenta un análisis del estado del arte para la I3DMC en términos de las propiedades mecánicas, de durabilidad, sostenibilidad y costos, así como del panorama de la vivienda en México, utilizando como base las condicionantes internacionales con el fin de elucidar los requerimientos actuales para alcanzar la ViDAS. En este contexto, debido a su distinción como punta de lanza en el desarrollo de tecnológico del país, en este trabajo se presenta un análisis del Estado de Nuevo León (NL) para determinar su idoneidad para emprender el desarrollo de ViDAS mediante I3DMC en función de sus condiciones y potencial como lugar adecuado. Se espera que esta investigación contribuya a la difusión, discusión e impulso de esta tendencia internacional, con el objetivo de catalizar el posicionamiento de México como un referente para América Latina en el desarrollo de tecnologías de I3DMC con base en la EC para la generación de ViDAS, mejorando la competitividad, calidad de vida y el desarrollo sostenible de Nuevo León, México y la región. Consecuentemente, en las siguientes secciones se analizan (i) las problemáticas de la vivienda en México y el estado de NL, (ii) las condiciones que definen la vivienda digna conforme a los estándares nacionales e internacionales, comparando el estado actual de la vivienda en México, (iii) el estado del arte de la I3DMC en términos de desempeño mecánico, por durabilidad y sostenibilidad, con el fin de discutir su potencial de aplicación en México.

2. LA PROBLEMÁTICA DE LA VIVIENDA EN MÉXICO

Tanto a nivel global como en México, existe una creciente problemática de vivienda que abarca: (i) deficit de viviendas, (ii) vivienda informal, (iii) falta de acceso a financiamiento o poder adquisitivo. De acuerdo con el Instituto Nacional de Estadística y Geografía (INEGI), México presentó un déficit de 8.2 millones de viviendas en 2021 y 60.6 millones de personas con ingreso por debajo de la línea de bienestar (PIDLB), imposibilitando su acceso a una vivienda (INEGI, 2021). Por su parte, el Consejo Nacional de Evaluación de la Política de Desarrollo Social (CONEVAL) reportó que en el país existen 14 millones de familias sin medios para comprar o construir una vivienda, situación que ha empeorado en las últimas tres décadas (Instituto de la Vivienda, 2021). Asimismo, ONU-Hábitat estimó en 2019 que el 38.4% de la población mexicana habita una vivienda inadecuada en términos de materiales de construcción, falta de servicios públicos (p.ej., el acceso a la red de agua potable), así como hacinamiento, lo cual es referido como carencias por calidad y espacios de vivienda (CCEV) (Tecnológico de Monterrey, 2021; ONU-Hábitat, 2019). Estas problemáticas se atribuyen al incremento constante de la población, que incluye migrantes de países centroamericanos, así como al aumento de los precios de las viviendas en conjunto con el decaimiento del poder adquisitivo (INEGI, 2023).

Al respecto, la Encuesta Nacional de Vivienda del 2020 del INEGI (INEGI, 2021) mostró que el mayor problema estructural de las viviendas son las filtraciones de agua (44.2%), grietas y cuarteaduras (40.8%), los cual propicia un mayor consumo de energía por calefacción y refrigeración, así como problemas de salud. Además, la falta de mantenimiento induce reparaciones mayores en el futuro, causando un impacto ambiental significativo por el uso de materiales y energía. INEGI (2021) destacó que el 58.5% del total de las viviendas en México reportó la necesidad de algún procedimiento constructivo para mejoramiento o ampliación de espacios; no obstante, la mayoría de los programas nacionales de subsidio incentivan la construcción de nuevas viviendas (p.ej., el 66% de los apoyos entregados por CONEVAL fueron para la adquisición de vivienda nueva entre 2013-2018) (Tecnológico de Monterrey, 2021). Cabe mencionar que el Gobierno de México reportó que los problemas de vivienda se concentran al sur del país, por lo que se incrementaron los subsidios en estas regiones en el plan de vivienda 2021-2024 (Gobierno de México, 2023b).

Respecto del impacto ambiental, el Programa del Medio Ambiente de la ONU (PNUMA, 2020) reportó que la construcción comercial y residencial representa el 39% de las emisiones de CO₂ emitidas a la atmosfera, el análisis incluyó todas las actividades industriales y humanas que consumen energía a nivel global. Esto es debido a la construcción de nuevas edificaciones y la operación de las existentes (por calefacción, iluminación, etc.). Adicionalmente, la IC consume aproximadamente un 40% de los materiales pétreos (grava, arena, etc.), 25% de las maderas, 16% del agua, 40% de la energía primaria y genera el 40% de los desechos de un país (Tabla 1) (Interempresas, 2020; PNUMA, 2020; Rosas-Díaz y col., 2022).

Tabla 1. Análisis comparativo para la estimación del impacto ambiental de la industria de la construcción y las metas para su reducción en 2050 para México (Interempresas, 2020; PNUMA, 2020; Rosas-Díaz y col., 2022; Senado de la República, 2021).

Dentro de una edificación, se ha estimado que la construcción convencional supone entre el 40%-60% de la huella ambiental en función del tipo de estructura, pero en general, estos procesos de construcción involucran el uso de combustibles fósiles y una alta demanda energética, las cuales son las principales fuentes de CO₂, razón por la que todo el sector tiene un fuerte impacto ambiental. Asimismo, se estima que la construcción convencional de vivienda residencial emite 441-561 kg-CO₂/m², aunque esto varía según las prácticas de construcción y los materiales utilizados (Interempresas, 2020). La Comisión Nacional de Vivienda reportó que el 50% de las emisiones contaminantes pertenecen a la IC, mientras que SEMARNAT indicó que en 2021 se generaron 6.5 millones de toneladas de desechos en México, siendo el 11% provenientes de la IC. De lo anterior se concluyó que se requiere mayor impulso a la construcción sostenible de vivienda hasta reducir un 30% el consumo de recursos naturales, 35% las emisiones de CO₂, 30%-50% el consumo de energía y 50%-90% los costos asociados a los desechos, esto ante la estimación de 7’000,000 de viviendas que generarán 25’000,000 de toneladas de gases de efecto invernadero para 2050 (Tabla 1) (Senado de la República, 2021).

Por otra parte, desde 2012 (Lozano y col., 2022) se tiene reporte de 20’000,000 de mexicanos que habitan en vivienda de interés social con características medias-bajas de sostenibilidad, ya que cumplen apenas con los estándares mínimos establecidos en la normatividad nacional, con un alto gasto en vivienda y transporte (mayor al 40% del ingreso), una pobre integración social, e impactos ambientales por manejo de aguas residuales y huella de carbono. Aunado a esto, las desarrolladoras de vivienda actualmente optan por desarrollar modelos medio, residencial y plus, disminuyendo el parque de viviendas de interés social más del 50% entre 2017 y 2022, sin que se espere la mitigación de esta problemática en el corto plazo, lo cual incrementa el costo de la vivienda comercialmente disponible (El Economista, 2022a).

En cuanto a las soluciones a estas problemáticas, la Arq. Tatiana Bilbao presentó en Bienal de Arquitectura de Chicago en 2015, proyectos de vivienda familiar flexible de 43 m² que se pueden construir por $8,000-$14,000 dólares, algunos detalles de la construcción son: (i) el núcleo de esta vivienda se construye con block de concreto y módulos circundantes de madera más ligeros y baratos, permitiendo futuras expansiones; (ii) en su primera fase, es diseñada para tener 2 dormitorios, 1 baño y 1 sala/comedor con 5 m de altura, con la capacidad de expandirse a 5 dormitorios en su última fase; (iii) incluye ecotecnologías para maximizar la eficiencia energética (ArchDaily, 2015; Instituto de la Vivienda, 2021). No obstante, la estrategia apuesta por materiales baratos como la madera que requieren un mantenimiento significativo, siendo menos durables que el block, el ladrillo o el concreto.

Por otro lado, existen organismos federales que ofrecen apoyos económicos (Instituto de la Vivienda, 2021): CONAVI, Fondo Nacional de Habitaciones Populares (FONHAPO, subsidia a PIDLB no-derechohabientes, p.ej.: con $40,000-53,000 para construir o adquirir vivienda, $15,000-20,000 para ampliarla o $10,000-15,000 para mejorarla), Fondo de Vivienda del Instituto de Seguridad y Servicios Sociales de los Trabajadores del Estado (FOVISSSTE, subsidia a trabajadores del ISSSTE), la Sociedad Hipotecaria Federal (SHF, otorga créditos hipotecarios a no-derechohabientes a través de sociedades financieras) y programas de mejoramiento urbano (buscan mejorar las condiciones de vida de comunidades y colonias de escasos recursos y altas tasas de marginación y violencia, rehabilitando espacios públicos y viviendas que tienen posesión, pero no certeza jurídica del suelo que ocupan, regularizando la vivienda para que soliciten otros apoyos y servicios públicos). Cabe señalar que, a pesar de los esfuerzos antes mencionados, la asequibilidad de la vivienda en el país disminuyó 6.8% según el reporte del Estado Actual de la Vivienda en México de la SHF, por lo que un balance de las estrategias y resultados indicó que los programas de subsidio han sido una respuesta favorable, pero no garantizan el derecho a la vivienda adecuada al sujetarse a un crédito hipotecario (Tecnológico de Monterrey, 2021).

Todo lo anterior enmarca el panorama general de los problemas de vivienda en México y muestra la necesidad de promover nuevas estrategias más sostenibles que proporcionen a la población una ViDAS ante el contexto actual, especialmente para las PIDLB, aunque sin perder de vista que el sector de la vivienda es una de las principales actividades económicas del país, aportando más de un billón de pesos sólo en 2021 (5.7% del PIB). Además, la construcción de vivienda generó 2‘366,767 de puestos de trabajo (5.8% del total nacional) (INEGI, 2023). Por lo tanto, construir ViDAS debe sostener el papel preponderante de la IC en el desarrollo económico del país.

2.1. La vivienda en Nuevo León

En el estado de NL, INEGI indicó que el total de las viviendas habitadas en 2020 fue de 2’037,261 (4.7% del total nacional), de las cuales 286,185 (14.05% del total) estuvieron deshabitadas y 95,820 (0.05% del total) fueron de uso temporal (INEGI, 2020; Instituto de la Vivienda, 2021). En términos de rezago habitacional, 71,958 viviendas presentaron condiciones de hacinamiento y otros aspectos que afectan la calidad de vida de los ocupantes, tales como el deterioro de los materiales, la construcción con materiales precarios (cartón, palma, paja, etc.), piso de tierra, falta de sanitarios o electricidad, etc. De hecho, se registraron: 398,158 viviendas con un dormitorio (19.54% del total, mayormente en Monterrey, Guadalupe y Apodaca), 13,939 con piso de tierra (concentradas en Monterrey, Juárez y General Escobedo) y 41,011 en hacinamiento (principalmente en García, General Escobedo y Juárez) (Instituto de la Vivienda, 2021). Todo lo anterior se resumen en la Tabla 2.

Tabla 2. Estado de la vivienda en Nuevo León según INEGI (2020).

En términos de población, en 2022 se registraron 5’748,442 de habitantes, de los cuales el 92% habitaron en los 18 municipios de la zona metropolitana, siendo esto un factor crucial para el aumento de demanda de viviendas. NL se ubicó en el 7° lugar nacional por el número de habitantes, pero con respecto de la composición de la población y los hogares, ocupó el 1° lugar en la recepción de migrantes mexicanos y extranjeros (113,541 personas registradas en 2020), que buscaron mejores oportunidades laborales. Además, el 50.4% de la población es económicamente activa con un salario promedio mensual de $8,980 (Gobierno de México, 2023a; Instituto de la Vivienda, 2021), asociando un número importante de PIDLB sin un ingreso suficiente para disponer de la canasta básica alimentaria y gastos adecuados de salud, vestido, transporte, educación o vivienda; así mismo existen personas en condiciones similares que requieren mejorar su vivienda por CCEV como pisos de tierra, muros y techos de mala calidad, hacinamiento, etc. El informe de pobreza de CONEVAL en 2020 mostró que 1’123,100 de habitantes (21.1% de la población) son PIDLB en NL, los cuales no tienen capacidad para acceder a una vivienda digna bajo las condiciones actuales del mercado. Esto se traduce en 330,323 viviendas considerando el promedio de 3.4 personas/hogar de acuerdo con el INEGI (2020). Además, existen 162,700 personas (3.1% de la población) o 47,853 viviendas con CCEV, que requieren apoyo urgente para mantenimiento o ampliación; esto también se relaciona con sus ingresos limitados, llevando a los habitantes a anteponer la satisfacción de otras necesidades básicas de supervivencia (INEGI, 2020).

Respecto del impacto ambiental, INEGI posicionó a NL como uno de los seis estados que generan la mitad de los desechos del país (4.4% del total) (Milenio, 2018), mientras que la Secretaría de Desarrollo Sustentable (2020) de la Universidad Autónoma de Nuevo León (UANL) informó que las actividades de construcción contribuyen con el 10.77% de las emisiones de PM10 en el estado. Asimismo, la Facultad de Arquitectura de la UANL reportó que la construcción de vivienda sostenible puede influir positivamente en los costos de construcción en serie, mostrando un ahorro de consumo energético y de agua del 36% y 30% (Paz-Pérez, 2016). Por otro lado, resaltó que la cantidad de viviendas de NL sin habitar y sin mantenimiento agravan el impacto ambiental, ya que: (i) implican la explotación de recursos que actualmente no cubren ninguna necesidad, (ii) la degradación prematura y/o continua de las viviendas disminuye su vida útil, (iii) lo que lleva a la necesidad de construir nuevas viviendas, (iv) así como a la demolición y generación de desechos en el futuro, (v) gastos innecesarios por mantenimientos correctivos que superan los preventivos, etc. Además, llama la atención que la suma de las viviendas deshabitadas y en uso temporal se equiparó a las requeridas para las PIDLB y con CCEV registradas en NL, lo cual sugiere la necesidad de buscar nuevas soluciones para (i) lograr la asequibilidad de una vivienda digna para el sector de la población más vulnerable y (ii) mejorar las condiciones para la población menos vulnerable.

En cuanto a las estrategias estatales y los resultados obtenidos tenemos que: la Cámara Nacional de Desarrollo y Promoción de Vivienda (CANADEVI) indicó en 2022 que el 35% de las familias no tiene acceso a una vivienda digna, advirtiendo además un rezago del 35% en la colocación de viviendas, lo cual se asoció con factores como la guerra en Ucrania, la variación de las tasas de interés, el alza en los insumos para la construcción y el impuesto verde (El Economista, 2022b). Asimismo, CANADEVI reportó que la meta en el 2022 fue colocar 40,000-42,000 viviendas, mientras que la demanda de créditos fue de 62,000, esto en contraste con la colocación promedio anual de 65,000 viviendas que se presentaba en los años previos a la pandemia por COVID-19. Por lo tanto, hubo un déficit de 16,000 viviendas, destacando que se requerirán cerca de 20,000 el próximo año, pero sólo se garantizaron 4,000. Adicionalmente, la llegada de la empresa Tesla al municipio de Santa Catarina demandará 13,000 viviendas para 35,000 empleados y sus familias, según la dirección del Instituto de Vivienda de NL (IVNL). Por su parte, el INFONAVIT en NL comunicó en abril de 2023 acomodará 46,000 créditos de vivienda (2,000 más que en 2022), contando con el alta de 30,000 en el Registro Único de Vivienda en ese momento (El Economista, 2023).

Se reportó que las personas adquieren los créditos, pero sus ingresos no les permiten pagarlos y, aunque en el sector bancario existen recursos disponibles, hay poca solicitud de préstamos debido a que el producto es muy caro. De hecho, NL es el segundo estado con mayor demanda de vivienda, solo después de Ciudad de México (CDMX), presentando un costo promedio de vivienda de $4’017,532, el cual está por encima del resto del país con excepción de CDMX con $8’057,000 (Instituto de la Vivienda, 2021; Tecnológico de Monterrey, 2021). Según CANADEVI, el 33% de la vivienda demandada supera los $300,000 y el 35% alcanza los $800,000. De hecho, el alza en los precios de la vivienda también golpea gravemente a los jóvenes que inician su vida laboral, ya que no pueden acceder a una vivienda digna, teniendo que rentar sin la posibilidad de adquirir un patrimonio hasta una edad madura (en el mejor de los casos), con una deuda de por vida o sólo consiguiendo una vivienda en la periferia de la zona urbana que implica traslados largos y costosos, con un enorme impacto en su calidad de vida que agravan más la brecha económica en México.

Asi, INFONAVIT promovió tasas de interés entre 3.5%-5% para 131,000 trabajadores de ingresos bajos (El Economista, 2023), con un límite de préstamo de $2’407,347 para comprar una vivienda nueva o existente (el monto del préstamo otorgado dependió de la capacidad de pago, salario y edad del solicitante) (Expansion, 2023). Por otro lado, el Gobierno de NL propuso a los no-derechohabientes un programa de subsidios mediante el FOMERREY, para adquirir una vivienda suficiente, asequible y adecuada. Además, redujo el impuesto verde por extracción de recursos pétreos de 1.5 a 0.8, fomentando una disminución en los precios de los materiales de construcción, mientras que los gobiernos municipales incentivarán la exención de impuestos sobre adquisición de inmuebles (ISAI). Asimismo, se solicitó al INFONAVIT la realización estratégica de nuevos fraccionamientos (CentroUrbano, 2023), por lo que la CANADEVI promocionó los beneficios de la verticalización de la vivienda, ya que 150 personas contenidas en 25 hectáreas de terreno pueden contar con todos los servicios en el mismo lugar (El Economista, 2022b).

3. LA VIVIENDA DIGNA Y SUS CONTRASTES EN MÉXICO

La Constitución Política de los Estados Unidos Mexicanos (art. 4°) indica que toda familia tiene derecho a disfrutar de una vivienda digna y decorosa, lo cual significa que el Estado tiene la obligación de respetar, proteger y desarrollar acciones que permitan a las personas disponer de una vivienda adecuada y su adquisición no debe ser excesiva, comprometiendo la satisfacción de otras necesidades (Tecnológico de Monterrey, 2021). Asimismo, la ONU declaró la vivienda como un derecho humano, económico, social y cultural, debiendo ser adecuada en: seguridad de tenencia, disponibilidad de servicios, habitabilidad, accesibilidad, ubicación, adecuación cultural y asequibilidad. Resaltó que su costo debe ser accesible para todas las personas sin poner en peligro el disfrute de otras necesidades básicas y derechos humanos, por lo que una vivienda es asequible si los gastos asociados requieren menos del 30% del ingreso de una persona (ONU-Hábitat, 2019). Lastimosamente, existe una brecha importante entre estos requerimientos y la realidad en México.

Los tipos de vivienda en México son (Tecnológico de Monterrey, 2021): (i) Vivienda formal, desarrollada por particulares privados en suelo urbano habitable; su característica esencial es la tenencia de la tierra, es construida con licencias y permisos, cumple con niveles de habitabilidad (espacio, seguridad estructural, iluminación, ventilación, reglamentos de construcción, servicios urbanos básicos de agua, drenaje, electricidad, vialidad y acceso a equipamiento urbano, educación, salud, comercio, recreación y trabajo). (ii) Vivienda informal, desarrollada por las familias mediante autoconstrucción y autogestión en suelo no urbanizable (de preservación ecológica, riesgo natural o socio organizativo), sin seguridad en la tenencia de la tierra, no cumple los requerimientos de habitabilidad. (iii) Vivienda rural, edificada en un entorno rural de producción agropecuaria, sobre suelo ejidal comunal con población < 10,000 habitantes, existe seguridad de tenencia de la tierra, con niveles de habitabilidad mínimos (seguridad estructural, iluminación, ventilación, puede carecer de servicios sanitarios y de energía). (iv) Vivienda rural indígena, desarrollada por las familias mediante autogestión y autoconstrucción comunitaria en suelo rural indígena ejidal comunal, de población < 10,000 habitantes con características étnicas de usos y costumbres, cumpliendo con niveles de habitabilidad tradicionales, sin servicios básicos ni equipamiento urbano.

Por otra parte, el IVNL (2021) señala que las causas a los problemas de la vivienda en NL son: (i) Los bajos ingresos, asociando incapacidad para ahorrar y realizar mantenimientos a las viviendas, llevando a un estado precario y sin acceso a alguna solución. (ii) La vivienda provisional (asentamientos irregulares), son personas con pobreza sin acceso al mercado formal de vivienda; ilegalmente acceden a un suelo barato y autoconstruyen con materiales perecederos y poco resistentes, en zonas riesgosas de difícil acceso a servicios básicos, promoviendo problemas de salud y condiciones inseguras ante desastres naturales, etc. (iii) Procesos de autoconstrucción insuficiente por la falta de soluciones habitacionales inmediatas para la subsistencia, falta de conocimientos o de una supervisión adecuadas. La obra avanza conforme la disponibilidad de recursos y, por la falta de capacitación para construir, asocia problemas de salud por uso de materiales, distribución deficiente de espacios, cocinas en dormitorios, falta de sanitarios, desperdicio de materiales, etc. Esto acentúa los impactos ambientales. (iv) Bajo nivel educativo-cultural, complicando la inserción exitosa en el mercado laboral y la movilidad social. El promedio de escolaridad en NL es de 10.7 años, pero resalta que el acceso a una educación no asegura el aprendizaje de calidad, limitando las oportunidades del individuo.

Asimismo, según el IVNL (2021) los efectos de los problemas de la vivienda son: (i) El deterioro de la vivienda por falta de mantenimiento, agravando los daños persistentes (estructurales, humedad, pisos de tierra, grietas en paredes o falta de puertas y ventanas), lo cual afecta la calidad de vida. (ii) Mayor vulnerabilidad ante desastres naturales; las viviendas provisionales tienen una alta probabilidad de afectarse, destruirse, sufrir accidentes o problemas de integridad. (iii) Viviendas con riesgo estructural, sin servicios ni espacios de calidad. Es un efecto de la autoconstrucción y el asentamiento en terrenos apartados o irregulares sin preparación para su conexión a la red pública de agua, drenaje o electricidad, haciendo complicada, peligrosa o ilegal su provisión. Además, las viviendas irregulares o descuidadas corren el riesgo constante de sufrir daños estructurales en cualquier momento, ofreciendo una deficiente protección del exterior.

Todo lo anterior señala la necesidad de implementar un nuevo enfoque para dar solución a los problemas de la vivienda en México, con el objetivo de alcanzar ViDAS. Por lo tanto, en la siguiente sección se discute el estado del arte de la I3DMC en términos de EC y la idoneidad para lograr su aplicación en la IC de México, lo cual incluye el análisis de las condiciones para el Estado de Nuevo León como primer escenario.

4. LA IMPRESIÓN 3D DE MEZCLAS CEMENTANTES Y SU POTENCIAL DE APLICACIÓN EN MÉXICO

Para comprender las ventajas de la I3DMC, se debe señalar que en Latinoamérica y México predominan los métodos convencionales de construcción informal y la autoconstrucción como el concreto hecho en obra, resultando en viviendas sobrediseñadas, de baja calidad, el uso intensivo de recursos, la alta generación de desperdicio de materiales, los procedimientos precarios, el almacenamiento inadecuado, la mala planeación y otras caracteristicas típicas de los países en desarrollo (Villagrán-Zaccardi y col., 2022). Por lo tanto, mitigar la autoconstrucción es uno de los grandes retos de la IC latinoamericana para alcanzar las metas de sostenibilidad, lo cual involucra estrategias como sustituir el uso del cemento empaquetado por (Mendoza-Rangel y col., 2023, Villagrán-Zaccardi y col., 2022): (i) Cemento y mortero empaquetado de baja huella de carbono y contenido de clinker (fase del cemento que asocia el mayor impacto ambiental en la producción del CP). (ii) Concreto y mortero plemezclado, así como estructuras de concreto prefabricadas, las cuales permiten optimizar las propiedades y cantidades de material. No obstante, asocia un impacto ambiental por el uso de CP y el transporte al sitio de la obra. (iii) La I3DMC, la cual integra la digitalización y automatización en el proceso constructivo mediante una impresora robótica multifuncional operada a partir de un diseño modelado en 3D.

Resalta que la I3DMC ofrece ventajas únicas (OSHA, 2022; Robayo-Salazar y col., 2022; Villagrán-Zaccardi y col., 2022): (i) Un potencial ilimitado para la construcción y verticalización eficiente de viviendas, apartamentos, puentes y cuarteles en zonas de guerra activa. (ii) Los diseños tienen opciones ilimitadas de creatividad, originalidad y complejidad, debido a la libertad del diseño simétrico y asimétrico. Esto permite la optimización estructural o arquitectónica, reduciendo la brecha entre la ingeniería y el diseño, integrando la arquitectura bioclimática, ecotecnologías, materiales inteligentes, etc. Las anteriores son ventajas relacionadas con la precisión y control de este proceso constructivo. (iii) La IC es el 9° espacio profesional más peligroso en EUA con el 21% del total de muertes anuales (OSHA, 2022). La I3DMC reduce la demanda de mano de obra convencional, requiriendo poco personal especializado. Esto también evita problemas por autoconstrucción y falta supervisión adecuada. (iv) La I3DMC minimiza el uso de cimbra, ya que la colocación de capas sobre capas de las mezclas cementantes de curado rápido permiten autosostenerse, mitigando el uso de madera, aluminio o acero. (v) Permite el diseño de tintas de cementos, morteros y concretos de baja huella de carbono, así como su elaboración por especificación, ya que integra un sistema de mezclado similar al concreto premezclado o prefabricado. Asimismo, las tintas pueden elaborarse con desechos industriales y materiales regionales para sustituir el CP (p.ej., por escorias, cenizas volantes, cenizas de bagazo de caña, arcilla calcinada, piedra caliza, cementos activados alcalinamente, etc.), dependiendo de las propiedades deseadas (p.ej., aislamiento térmico, acústico, resistencia mecánica, durabilidad, etc.). Cabe mencionar que están en desarrollo mezclas cementantes con potencial de captación del CO₂ ambiental, las cuales podrían ser una opción interesante en el futuro de la impresión 3D (Kaliyavaradhan y col., 2020). (vi) La I3DMC simplifica la planeación de obra y elimina el impacto ambiental por el transporte asociado con el suministro de concreto premezclado o prefabricados.

En este contexto, se deben resaltar los avances alcanzados por las empresas de I3DMC a nivel mundial. Por ejemplo, la empresa china Winsun presentó los siguientes desempeños en comparación con la construcción convencional (WINSUN, 2014; ArchDaily, 2014): (i) La construcción de 10 casas en 24 h y un edificio de oficinas en Dubai, reduciendo un 30% el tiempo de construcción. (ii) El ahorro en costos de construcción y mano de obra del 80%. (iii) La reducción del 30% al 60% de los desechos en función del tamaño de los elementos impresos. (iv) El 50% del concreto utilizado procedió de desechos de la construcción. Por su parte, siendo pioneros en el mundo, el gobierno de los Emiratos Árabes Unidos y Dubai manifestaron en su 3D Printing Strategy en 2015 que el 25% de sus edificios serán impresos para 2025, reduciendo un 70% la mano de obra y 90% los costos, mientras que el tiempo de construcción es el 10% del empleado en la construcción convencional, según la Dubai Future Foundation. La iniciativa incluye la impresión de productos de iluminación, cimentaciones, juntas de construcción, instalaciones, parques, edificios humanitarios y vivienda móvil (ArchDaily, 2018). Asimismo, respecto de la construcción modular con I3DMC, en 2021 en Países Bajos se entregó la primera vivienda de 94 m² compuesta por 24 elementos impresos en fabrica y transportados al sitio de construcción, integrando techos y muros inclinados en un diseño de arquitectura bioclimática con aislamiento térmico y conexión a red de calefacción, logrando un coeficiente de rendimiento energético de 0.25 de una vivienda altamente confortable y energéticamente eficiente (ArchDaily, 2021a). Cabe mencionar que las propiedades de confort térmico y acústico se pueden esperar en la I3DMC, debido a la personalización del diseño y la adaptación de las condiciones del entorno, el uso de materiales o sistemas aislantes eficientes, así como la precisión y consistencia de la técnica. De hecho, García-Alvarado y col. (2020) reportaron que la IC en Chile está interesada en la I3DMC por las envolventes con altas capacidades térmicas y sismorresistentes en vivienda asequible. La primera, debido al sistema de extrusión en dos muros paralelos con un vacío interno; mientras que la segunda requiere de un diseño especializado. En cuanto a la construcción en zonas marginadas, existe reporte de la empresa estadounidense ICON y la organización New Story que en 2019 imprimieron dos casas para familias de PIDLB en Tabasco. En este caso, se logró que la tinta de concreto aprovechara los recursos locales, obteniendo un aspecto texturizado y blanquecino de la impresión 3D (ArchDaily, 2021b).

Las ventajas que ofrece la I3DMC y los avances que presenta esta industria, se relacionaron con las propiedades físicas, mecánicas, de durabilidad y sostenibilidad que se pueden alcanzar con los elementos impresos en 3D. Por ejemplo, en comparación con el concreto convencional, se ha logrado que la I3DMC alcance un desempeño mecánico y de durabilidad cuasi-isotrópico similar o superior por medio del uso de aditivos y mezclas de alto desempeño, funcionando como monolitos y evitando los puntos débiles en las uniones entre capas (CEMEX, 2022; Ma y col., 2019; MARQ, 2021; Murcia y col., 2020; Ye y col., 2021). La Tabla 3 muestra algunos ejemplos comparativos para las propiedades mecánicas. Se debe resaltar que a nivel industrial se ha alcanzado una resistencia similar entre los elementos impresos en 3D y los elaborados en la construcción convencional, pero las empresas deben desarrollar sus propias tintas utilizando los materiales cementantes, agregados y aditivos químicos regionales, considerando las condiciones ambientales ya que actualmente no existen estándares internacionales que regulen su manufactura y, por lo tanto, la evaluación del desempeño de los elementos I3DMC se ha realizado con base en empatar las propiedades estandarizadas para el concreto convencional o desarrollando normativas locales (Be more 3D, 2024). Aunado al desarrollo de normativa, otro reto importante en el desarrollo de la I3DMC es la incorporación de diferentes tipos de materiales (p.ej., desechos industriales, geopolímeros, tierras y arcillas, etc.) para elaborar las tintas cementes que logren simultáneamente las propiedades reológicas óptimas para su impresión en 3D y el desempeño mecánicas en estado endurecido (Ahmed, 2023; Song y Li, 2021).

Tabla 3. Comparación de propiedades mecánicas para concreto convencional e impreso en 3D.

Con respecto de la durabilidad de las tintas y las impresoras 3D, ambos presentan un mantenimiento mínimo a largo plazo si (Jo y col., 2020; Nohedi y col., 2022): (i) la tinta es optimizada para lograr la menor cantidad de juntas y uniones, reduciendo las filtraciones de agua o aire; (ii) la impresora 3D recibe limpieza continua para evitar el endurecimiento de las tintas en los sistemas de extrusión y bombeo. Específicamente, los elementos I3DMC ha mostrado resultados de durabilidad variables con respecto de la construcción convencional (Tabla 4), lo cual radica en la optimización del diseño de la mezcla y los parámetros de impresión para lograr la densificación necesaria en el elemento impreso en 3D, impidiendo la penetración de cloruros, sulfatos y otros agentes de deterioro (Natives3D, 2018; Nohedi y col., 2022; Rehman y col., 2021; Xiao y col., 2021).

Tabla 4. Comparación de la durabilidad para concreto convencional e impreso 3D.

Por lo tanto, optimizar el proceso de extrusión es clave porque modifica la morfología de los poros y la compacidad del elemento impreso en 3D para limitar el ingreso de los agentes agresivos (El Inaty y col., 2022). Por otra parte, la precisión y consistencia de la I3DMC contribuyen al control de calidad, disminuyendo la variabilidad de las propiedades de durabilidad. No obstante, también es posible el uso de materiales avanzados para disminuir los problemas estructurales o de durabilidad, p.ej., en caso de requerirse un refuerzo en el elemento impreso en 3D, es posible introducir varillas, alambre o fibras de acero, basalto, polipropileno, etc. (Ding y col., 2020; El Inaty y col., 2022; Robayo-Salazar y col., 2023; Sikora y col., 2022; Song y Li, 2021; Zhang y col., 2021). Cabe mencionar que la investigación de elementos impresos en 3D para diferentes condiciones de exposición y agentes agresivos sigue en curso, lo cual debe adaptarse a las regiones del país, evaluándose por largos periodos de tiempo y buscando la optimización de las propiedades de durabilidad usando materiales locales (Mendoza-Rangel y Díaz-Aguilera, 2023; Song y Li, 2021).

Con respecto del impacto ambiental y la sostenibilidad de los elementos de I3DMC en comparación con el concreto convencional (Figura 1), se reportaron reducciones en (i) las emisiones de CO₂ del 12%-88%, (ii) el impacto ambiental asociado con la arena y acero del 20%-50%, (iii) el consumo energético del 86-87%, (iv) la energía incorporada del 12%-55%, (v) el potencial de calentamiento global del 55%-77%, (vi) la toxicidad del ambiente de 4%-53%; así como (vii) un aumentó en la productividad del 47-48.1% (Motalebi y col., 2023). Otros aspectos de sostenibilidad se comparan en la Tabla 5. Es interesante mencionar que estos resultados estuvieron asociados al uso del cemento Portland ordinario (CPO), y podrían mejorarse interesantemente utilizando tintas de cementantes alternativos desarrolladas para su impresión 3D en Nuevo León, México como los activados alcalinamente de metacaolín (MC) con altas cantidades de piedra caliza pulverizada (PC) (hasta 80%), los cuales se desarrollaron considerando criterios de Diseño Eficiente de EC tales como utilizar MC de media-alta pureza, optimizar la ruta de transformación del caolín-metacaolín que minimizó el tiempo de calcinación, desarrollando metodologías de diseño y optimización de la composición química para maximizar las propiedades mecánicas, de durabilidad y sostenibilidad, etc. (Díaz-Aguilera, 2024). Recientemente, estos cementantes fueron validados para utilizarse en impresión 3D logrando resultados satisfactorios sin la necesidad de utilizar aditivos químicos (Perales-Santillan y col., 2024).

Figura 1. Ventajas en los aspectos del impacto ambiental de la impresión 3D de materiales cementantes con respecto del concreto convencional (adaptado de Motalebi y col., 2023).

Tabla 5. Comparación en aspectos de sostenibilidad para concreto convencional e impreso 3D.

Los resultados preliminares mostraron que solamente la tinta cementante presentó una reducción del 77.5% en las emisiones de CO₂ asociadas con el proceso de fabricación en relación con el CPO (Díaz-Aguilera, 2024), lo cual debe añadirse a la contribución del proceso constructivo por impresión 3D. Cabe mencionar que esta mezcla optimizada con 80%PC superó por 228.5 unidades de diseño eficiente (ude) al CPO, según un indicador de EC propuesto que consideró el desempeño mecánico, por durabilidad y sostenibilidad; mientras que una mezcla optimizada con 30%PC lo superó por 1147.2 ude (Díaz-Aguilera, 2024). Además, otro estudio de estos cementantes optimizados usando MC de alta pureza, mostró una reducción del 42.6% en el costo de producción con respecto de un cemento Portland compuesto (CPC) (Perez-Cortes y Escalante-Garcia, 2020). El anterior es un ejemplo de las tintas cementantes en desarrollo en Nuevo León, México (UANL-FIC, 2023), el cual sugiere que las tecnologías de I3DMC pueden ser aún más eficientes en combinación con otros desarrollos mexicanos.

Asimismo, se deben considerar el impacto sobre la economía y las condiciones laborales al analizar la sostenibilidad de la I3DMC. Inicialmente, no se esperaría una masificación en el uso de la I3DMC en México, lo cual disminuiría drásticamente la contratación de personal de la construcción. Esto es considerado como una desventaja de la I3DMC, aunque también sugiere la necesidad de una actualización en la IC mediante capacitación especializada del personal (Amhed, 2023; De Schutter y col., 2018). No obstante, las múltiples ventajas de la I3DMC la colocan como una de las tecnologías más sostenibles y rentables por explotar, tal como lo confirma el crecimiento exponencial de la inversión en esta tecnología que se experimenta actualmente, lo cual se refleja en el número de empresas que ya operan en países desarrollados como EUA, China, Emiratos Árabes, Canadá, Japón y España (ArchDaily, 2018; Be more 3D, 2024; Motalebi y col., 2023; Winsun, 2014). De hecho, la empresa CEMEX (2022) en colaboración con la empresa internacional de impresoras COBOD, anunció en septiembre de 2023 la introducción de la primera impresora 3D de concreto en México con el fin de innovar en el desarrollo de tintas elaboradas de concreto, lo cual muestra el interés de introducir la tecnología de I3DMC en el mercado mexicano. Cabe mencionar que adquirir y poner en operación una impresora de COBOD (2023) ronda los $400,000-$1´000,000 de dólares, volviéndola de acceso relativamente difícil en países en desarrollo. Todo lo anterior significa que la tecnología de I3DMC se está investigando intensamente a nivel mundial con el fin de introducirla progresivamente en los mercados y la clave está en el desarrollo de impresoras 3D funcionales, robustas y durables, así como de tintas cementantes con la capacidad de ser impresa, resistencia mecánica, durabilidad y bajo impacto ambiental (Robayo-Salazar y col., 2023).

Otro aspecto de interés relacionado con la sostenibilidad de la I3DMC es el costo de la construcción de vivienda, por lo tanto, se realizó un análisis comparativo de costo/m² entre la construcción convencional y la I3DMC (Tabla 6), considerando que: (i) el costo promedio para la vivienda convencional en México desde 2019 hasta 2024 aumentó de $5,777.5-$6,213/m² a $6,896.55-$9,266/m², mientras que el costo directo de vivienda de interés social aumentó 2.07% de marzo de 2023 a marzo de 2024 (CMIC-CEICO, 2023; GAMA Arquitectura, 2024; GRUPO QVICK, 2023; Miranda, 2019); (ii) Kreiger y col. (2019) estimaron que la construcción de vivienda impresa en 3D alcanzó una reducción de costo del 10-25% o 25-37% con respecto de utilizar mampostería o concreto convencional, respectivamente; asimismo, en 2023 se estimó que la reducción de costo con respecto de la construcción convencional alcanzó el 50% en India, mientras que, el costo promedio en Rusia alcanzó los $4770/m²; por otro lado, en 2018 la empresa ICON imprimió casas de 60 m² por un costo promedio de $2800/m² en Austin, planteando reducirlo a $1200/m² en el Salvador (EnteUrbano, 2020; Forbes México, 2018; Kreiger y col. 2019; Vijayalaxmi y col., 2023). Así, para un estrato socioeconómico medio y bajo, se puede estimar que el costo en México podría reducirse de $6,000-$9,000/m² a $1,700-$4,500/m², involucrando adicionalmente la reducción de los desperdicios en obra, flexibilidad de diseño y menor tiempo de construcción. Cabe mencionar que la composición general de la relación ganancia/costo de las construcciones ronda los 2/1-3/1 y se puede establecer que el 50% del costo de construcción es por mano de obra y 50% por materiales.

Tabla 6. Comparación de costo/m² de la construcción convencional e impresión 3D para México.

Un segundo análisis puede realizarse considerando que el desempeño de las tecnologías de I3DMC permiten (i) la construcción de viviendas asegurando la calidad de los materiales y la durabilidad, así como la seguridad estructural de los materiales, incluso ante desastres naturales, (ii) incidir positivamente en los créditos y apoyos sin importar su naturaleza, esto debido a la reducción de los costos de la vivienda, así como (iii) proporcionar las características de habitabilidad estipuladas por ONU-Hábitat (2019) y el IVNL (2021), especialmente acercando la meta del 30% del ingreso determinado para la vivienda asequible (ONU-Hábitat, 2019). Así, sería posible financiar un costo de $8mil-$14mil dólares en 5-8 años (ArchDaily, 2015) al considerar como ejemplo el ingreso promedio en NL (Gobierno de México, 2023a) y el costo del proyecto de la Arq. Tatiana Bilbao, no obstante, su proyecto fue diseñado para construcción convencional, por lo que utilizar I3DMC supondría una mejora de resistencia, durabilidad, sostenibilidad, costos, etc.

De esta manera, la construcción de vivienda por I3DMC promueve por sus características el alcance de la ViDAS de una manera que no se habían propuesto anteriormente en la IC, en contraste con diversificar los apoyos a los solicitantes, pero no tratan con el problema medular de la vivienda actual: su costo. Esto le brindaría acceso a ViDAS al sector vulnerable de la población, pero también sugiere el alcance de niveles de sostenibilidad superiores a la población con un ingreso mayor, ya que, por el costo de la vivienda comercial convencional, se podrían adicionar tecnologías de alta eficiencia energética, recubrimientos y cementantes autorreparables o fotocatalíticos para la captura de CO₂, ventanas inteligentes, paneles y calentadores solares, diseños bioclimáticos usando geometrías complejas, etc. No obstante, hace falta investigación y desarrollo de tecnología mexicana en materia de tintas cementantes e impresoras 3D con base en los criterios de diseño eficiente de EC, haciendo disponibles estas tecnologías a la población y los desarrolladores de vivienda de manera más asequible en nuestro país.

4.1. Análisis la circularidad de la ViDAS impresa en 3D: posible escenario para México

En favor del desarrollo sostenible del país y con base en tecnología mexicana, la construcción con I3DMC fomenta una drástica disminución de costos, la cual sería suficiente para brindar ViDAS a las PIDLB. Esto podría disminuir de manera importante los problemas socioambientales con estrategias como: (i) aprovechar los subsidios actuales para adquirir-mejorar-ampliar una vivienda, facilitando el acceso a financiamientos y previniendo la morosidad por los montos menores, los cuales serían más proporcionales al ingreso de las PIDLB. Esto reduce los tiempos de financiamiento y, sobre todo, permite respetar el límite del 30% del ingreso establecido por ONU-Hábitat (2019) que determina una vivienda asequible, así como solucionar las CCEV, lo que por otro lado apoya a la satisfacción del resto de las necesidades básicas. (ii) La eficiencia del proceso constructivo por I3DMC resulta en la generación de vivienda rápida de costo asequible, permitiendo abatir el déficit de vivienda, incluso con una demanda alta. Esto también promueve una planeación urbana mejorada que logre la colocación y evite las viviendas deshabitadas construidas con I3DMC. (iii) El acceso de las PIDLB al mercado de la ViDAS mitiga el problema de la vivienda informal (p.ej., autoconstrucción, falta de mantenimiento, precariedad, crecimiento urbano descontrolado, poca integración social, asentamiento en zonas de preservación ecológica, vulnerabilidad ante fenómenos naturales, riesgo estructural, poca protección del exterior, etc.), debido al cumplimiento de los requerimientos para una vivienda digna y decorosa según ONU-Hábitat y la Constitución Mexicana, es decir, viviendas construidas mediante materiales duraderos, resistentes y de calidad en pisos, muros y techos de I3DMC, utilizando un diseño eficiente energética, estructural y arquitectónicamente que optimice los espacios, su funcionalidad, el consumo energético, el confort y el uso de recursos de la vivienda, cumpliendo con permisos y reglamentos de construcción en suelo urbanizable de vivienda formal, realizada bajo la supervisión especializada en I3DMC, asegurando el acceso a servicios públicos y disminuyendo el hacinamiento y rezago habitacional. (iv) Asimismo, puede dar solución a los problemas de mejoramiento y ampliación de vivienda, vivienda provisional, así como en espacios públicos en comunidades y colonias. Cabe señalar que los elementos impresos tienen mejores propiedades en comparación con el block, el ladrillo o la madera, por lo que minimizan la necesidad de mantenimientos, extendiendo la vida útil, por lo que pueden mejorar otras propuestas de vivienda asequible como el de Tatiana Bilbao (ArchDaily, 2015). (v) Todo lo anterior mejora la calidad de vida y salud de los habitantes, mientras que la reducción del impacto ambiental de la IC podría alcanzar las metas de sostenibilidad mientras mantiene su papel preponderante en el país en términos económicos. Además, se debería dar lugar a alianzas estratégicas y políticas públicas para facilitar la adquisición de ViDAS impresas en 3D, principalmente para PIDLB.

En términos de los ODS (Naciones Unidas, 2015), la I3DMC incide mediante la disminución de las emisiones de CO₂, demanda energética, generación de desechos, uso intensivo de recursos naturales, y aumentando la reutilización de subproductos y recursos locales, esto conforme se desarrollen procesos y tecnologías más eficientes: (i) La I3DMC permite el uso eficientemente los materiales de construcción, dosificando y depositando cantidades precisas de agua, cemento, aditivos, agregados pétreos, etc. Esto reduce la extracción en canteras, desechos de obra, así como las emisiones de CO₂ asociadas con la producción de materiales, lo cual indirectamente también promueve un costo asequible de ViDAS. Asimismo, la ocupación de ViDAS evita asentamientos irregulares en zonas eco-protegidas, fomentando el crecimiento controlado de las ciudades. Lo anterior incide en el ODS-6 de agua limpia y saneamiento, ODS-7 de energía asequible y no contaminante, así como el ODS-15 de vida de ecosistemas terrestres. (ii) Ya que se optimiza la eficiencia e impacto ambiental mediante la digitalización y automatización de un robot multifuncional, y promueve la construcción modular, se incide en el ODS-9 de industria, innovación e infraestructura y ODS-12 de producción y consumo responsable. (iii) La construcción de ciudades por impresión 3D mitiga el cambio climático debido a las prácticas de bajo impacto ambiental, el diseño eficiente, bioclimático y sostenible, la extensión de la durabilidad, la optimización de recursos, etc. Además, requiere de alianzas estratégicas del sector público y privado para lograr los ODS, el desarrollo de investigación y nuevas tecnologías mexicanas para la construcción de ViDAS. Esto incide en el ODS-11 de cuidades y comunidades sostenibles, ODS 13 de acción por el clima y ODS-17 de alianzas para lograr los ODS. (iv) Otros beneficios de la I3DMC se relacionan con: el ODS-3 de salud y bienestar, al mejorar la calidad de vida de las personas; ODS-8 de trabajo decente y crecimiento económico, al crear nuevas oportunidades económicas, empresas y modelos de negocio sostenibles; ODS-4 de educación de calidad, porque el desarrollo tecnológico de I3DMC permite a los estudiantes aprender simultáneamente de diseño, ciencia, ingeniería y procesos de manufactura de forma práctica.

5. CONCLUSIONES

El desarrollo sostenible de México mediante la aplicación de la Economía Circular en la Industria de la Construcción brinda soluciones como la impresión 3D de mezclas cementantes, lo cual permitiría brindar la vivienda digna, asequible y sostenible a la población en general, cumpliendo con los Objetivos de Desarrollo Sostenible de Naciones Unidas y del Gobierno Federal. Esto es por las diversas ventajas asociadas a la automatización del proceso constructivo mediante un robot, destacando (i) la disminución de la mano de obra, los accidentes y errores humanos, (ii) la optimización en el uso de materiales y control de calidad de las propiedades debido a la precisión durante el procedimiento de mezclado, bombeo e impresión de las mezclas cementantes, así como (iii) el alto desempeño constructivo, que reduce los tiempos de construcción y permite la construcción modular mediante prefabricados impresos en 3D. Lo anterior implica una reducción importante del impacto ambiental y los costos (desde $6,000-$9,000/m² hasta $1,700-$4,500/m²) con respecto de la construcción convencional según las estimaciones actuales, pero superando en calidad por desempeño mecánico y de durabilidad a otras propuestas sostenibles existentes o igualando el desempeño del concreto convencional mediante la optimización adecuada de las propiedades de los elementos impresos en 3D. No obstante, es posible alcanzar ventajas superiores utilizando (i) tecnologías mexicanas de cementantes alternativos o materiales de desecho para las tintas, (ii) además de implementar, por el mismo costo de la vivienda comercial convencional, tecnologías avanzadas de alta eficiencia energética, captura de CO₂, ecotecnologías, diseños arquitectónicos bioclimáticos, etc. Se espera que este trabajo contribuya en la difusión y discusión en torno a las soluciones nacionales para la integración de (i) la economía circular en la industria de la construcción, (ii) conseguir la vivienda digna, asequible y sostenible, así como (iii) el desarrollo de la tecnología mexicana de impresoras 3D y tintas cementantes, dando lugar a empresas de base tecnológica en esta área.

6. AGRADECIMIENTOS

J.H. Díaz-Aguilera, J.R. Zapata-Padilla, S. Mares-Chávez, F.D. Anguiano-Pérez, M.I. Velásquez-Hernández, E.E. Espino-Robles, J.I. Alvarado-López y J.A. Mendoza-Jiménez agradecen al CONAHCYT por las becas brindadas para los CVU 929098, 946425, 1346629, 554927, 1041129, 1305949, 994896 y 591308, respectivamente.

8. REFERENCIAS

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