El proyecto Fondef interdisciplinario, titulado ‘Hacia una industria circular: Transformación de sacos de cemento posconsumo en un aditivo para mejorar la durabilidad-sustentabilidad de hormigones’, ya se encuentra en su segundo año de desarrollo. Esta ambiciosa iniciativa, que cuenta con la participación de los académicos Luis Merino Quilodrán y Miguel Pereira Soto de la Facultad de Ingeniería, y Pedro Elissetche Martínez de Ciencias Forestales, propone un cambio radical en el destino final de los sacos de cemento, tradicionalmente relegados a los vertederos.
El hormigón, gigante de la construcción mundial con un consumo anual de 30 mil millones de toneladas, carga sobre sus hombros una pesada huella ambiental, siendo responsable del 8% de las emisiones globales de dióxido de carbono. Gran parte de este impacto se atribuye a la producción de cemento, su componente principal junto a los áridos naturales.
Ante este desafío, la búsqueda de una producción sustentable de este material esencial se ha convertido en una prioridad global. Iniciativas que promueven la eficiencia energética, el reciclaje de hormigón y materiales de construcción, la incorporación de insumos más ecológicos y la reducción de la extracción de áridos naturales marcan la hoja de ruta hacia una construcción más responsable con el planeta.
En este escenario de innovación y compromiso ambiental, Concepción se erige como líder en investigación pionera. A través de dos estudios complementarios, liderados por el académico Luis Merino Quilodrán de la Facultad de Ingeniería, se explora la fascinante posibilidad de transformar residuos industriales – nanofibras extraídas de los propios sacos de cemento y desechos de celulosa provenientes de la industria forestal – en valiosos aditivos capaces de potenciar la durabilidad del hormigón en entornos agresivos.
Estas investigaciones abordan problemáticas cruciales como la pérdida de agua, la corrosión causada por el ambiente marino y la sobreexplotación de los áridos naturales, allanando el camino hacia una construcción más resiliente y genuinamente sustentable.
“Las fibras se procesan de distinta manera para tenerlas en distintos tamaños y características, y lograr diferentes impactos en las propiedades tradicionales del hormigón”, explica el Dr. Merino, revelando el potencial oculto en un residuo cotidiano.
Blindando el Hormigón Contra la Furia del Mar
Una de las experiencias más prometedoras de esta investigación ha arrojado resultados sorprendentes en la durabilidad del hormigón expuesto a ambientes marinos, uno de los entornos más corrosivos para las estructuras. Ya sea por contacto directo con el agua de mar o por la acción implacable del aire marino cargado de sales, las construcciones costeras sufren un deterioro acelerado.
“Por regla general, la influencia del aire marino puede llegar hasta los 4 kilómetros desde la costa. Todas las estructuras que estén en ese radio tienen menor durabilidad comparado con una que está lejos del mar”, detalla el Dr. Merino, jefe del Laboratorio de Hormigones de la Universidad de Concepción.
El aire marino, con su carga de sales, penetra la estructura porosa del hormigón y ataca su corazón: el acero de refuerzo. La oxidación del acero provoca un aumento de volumen, generando tensiones internas que fisuran el hormigón e incluso causan desprendimientos de masa, dejando al descubierto las varillas corroídas, una imagen común en las zonas costeras.
Sin embargo, la incorporación de nanofibras extraídas de los sacos de cemento ha demostrado ser un escudo formidable contra este ataque. “En nuestros estudios hemos visto un incremento de cuatro a siete veces en la durabilidad de un hormigón con nanofibra en comparación con uno tradicional”, adelanta con entusiasmo el académico.
Nanofibras: Microesponjas al Servicio de la Resistencia
Pero el poder de estas nanofibras no se limita a la protección contra la corrosión marina. También actúan como reguladoras maestras de la humedad interna del hormigón, un factor crucial para su resistencia. La pérdida prematura de agua puede generar grietas y debilitar la estructura.
“Las nanofibras de celulosa actúan como microesponjas que absorben agua y la liberan de manera gradual, mejorando la hidratación del cemento a lo largo del tiempo, incluso después del fraguado inicial”, explica el Dr. Merino, revelando un mecanismo natural para fortalecer el material.
El académico reconoce que el aumento en la durabilidad y resistencia en ambientes agresivos tiene un costo: la pérdida de fluidez de la mezcla, lo que dificulta su trabajabilidad. Sin embargo, advierte que este inconveniente puede ser fácilmente superado con el uso de otros aditivos específicos.
Las investigaciones continúan su curso, con la mirada puesta en aplicaciones a estructuras de mayor envergadura, como los pavimentos, donde la superficie expuesta y la pérdida de agua son aún mayores. “La idea es analizar cómo la nanofibra podría mitigar el fenómeno de pérdida de humedad de un pavimento y aumentar su durabilidad”, comenta el especialista.
El Dr. Merino explica que la hidratación adecuada en la mezcla de hormigón no solo mejora la fluidez, sino que también cumple un objetivo químico fundamental: asegurar la correcta reacción del cemento para que actúe como aglomerante de los áridos. “Revisando algunos estudios hemos encontrado que hasta un 30% del cemento en polvo queda inerte, no alcanza a reaccionar. Esto significa que se pierde un 30% de un recurso que tiene una huella de carbono y que no está cumpliendo ninguna función. Al usar las nanofibras disminuimos esa cantidad de cemento inerte”, asevera, destacando un beneficio adicional en términos de eficiencia y reducción de la huella de carbono.
Residuos de Celulosa: Un Tesoro Escondido para el Hormigón Sustentable
El Dr. Merino también lidera el proyecto VRID UdeC ‘Bioeconomía en sector forestal y construcción: valorización de residuos de celulosa para la confección de hormigones sustentables’, explorando otra vía prometedora para la economía circular en la construcción.
La industria de celulosa y forestal genera diversos residuos y subproductos con un enorme potencial para ser incorporados en la fabricación de hormigones de múltiples maneras: como aditivos químicos, fibras de refuerzo, reemplazo de áridos naturales o filler (material de relleno). En este proyecto en particular, los investigadores se han centrado en la valorización de los residuos de celulosa como filler.
“Un filler es un material que tiene partículas muy finas y cumple la función de rellenar poros en la estructura del hormigón, que es un material poroso”, explica el académico. El objetivo es simple pero poderoso: reducir la porosidad del hormigón para lograr una mezcla más densa y, por ende, menos permeable y con un mejor desempeño en ambientes agresivos. Al igual que con las nanofibras de celulosa, la incorporación de filler de residuos forestales promete incrementar significativamente la durabilidad del hormigón.
“Lo que estamos haciendo es valorizar un pasivo industrial y ambiental, transformándolo en un filler que se incorpora al hormigón. Entonces, estamos solucionando parcialmente un problema de disposición de un desecho”, apunta el Dr. Merino, destacando el doble impacto positivo de esta investigación.
Este tipo de estudios cobra especial relevancia en un país como Chile, con su vasta diversidad geográfica y condiciones climáticas extremas que pueden desafiar el desempeño de los materiales de construcción. “En algunos climas hay una amplitud térmica importante, entre el día y la noche, o entre estaciones y el hormigón está expuesto a estos ciclos”, explica el académico. En zonas frías, el problema del hielo es particularmente grave: el agua de lluvia penetra los poros del hormigón y, al congelarse, aumenta su volumen, generando fisuras. “Al usar el aditivo filler reducimos la porosidad y tenemos un material más resistente”, acota. Las proyecciones de este trabajo apuntan a la posibilidad de desarrollar distintos tipos de rellenos, adaptando las mezclas para condiciones climáticas específicas.
Hacia una Nueva Era del Hormigón: Áridos Artificiales y Economía Circular
El Dr. Merino subraya que estas investigaciones se alinean con la reciente actualización, en 2024, de la Norma Chilena sobre el uso de áridos para hormigón y mortero, que ahora permite la incorporación de áridos reciclados y artificiales. Este cambio normativo busca promover la economía circular y reducir el impacto ambiental asociado a la elaboración del hormigón.
“Al permitir solamente los áridos naturales se genera una sobreexplotación, con impactos ambientales. En Chile hay lugares donde los áridos son escasos”, comenta el académico. Además, la búsqueda de áridos en zonas remotas implica una huella de carbono adicional al transporte. “Al utilizar residuos industriales como áridos o filler ayudamos, en parte, a resolver este problema”, concluye, vislumbrando un futuro donde la innovación y la sostenibilidad se fusionan para transformar la industria de la construcción. Concepción, al liderar esta investigación pionera, se posiciona a la vanguardia de esta revolución del hormigón verde, demostrando que los desafíos ambientales pueden convertirse en oportunidades para construir un futuro más resiliente y sostenible.
SOJ
