Estudiantes del pregrado de Construcción de la Facultad de Arquitectura de la UNAL Medellín caracterizaron una muestra de lodos de flotación, proveniente de canteras del Suroeste antioqueño. Son residuos contaminantes sobre los que generaron información para aprovecharlos como elementos prefabricados tipo bloque. La iniciativa fue premiada recientemente en un congreso académico en Estados Unidos en el que, lo más común, es que participen estudiantes de posgrado.

Para preparar el concreto usado en obras de infraestructura en Colombia se utilizan arenas y agregados, materiales pétreos extraídos de canteras que, al ser lavados para mejorarles la calidad, generan lodos de flotación que contaminan el agua.

Andrés Felipe Restrepo Ramírez y Nicolás Zapata Pérez, estudiantes de Construcción de la Facultad de Arquitectura de la Sede e integrantes del Semillero de Investigación en Materiales de Construcción, realizaron un diseño experimental estadístico para adicionar materiales al residuo y obtuvieron una matriz experimental —que es una especie de lista de dosificaciones— la cual permitió obtener gráficos 3D para identificar el mejor desempeño al adicionar diferentes porcentajes de cal y de hidróxido de sodio en relación a la masa de lodo a fin de estabilizarlo tanto física como químicamente.

Hicieron varios ensayos de compactación para indagar por el rango óptimo de humedad, teniendo en cuenta que los lodos pueden ser muy rígidos o deformarse fácilmente. También efectuaron pruebas de durabilidad y de compresión, siendo el último fundamental para determinar cuánta carga soportaría el producto; cuya condición óptima resultó en un aumento del 800%. “Es decir, la muestra del residuo por sí solo soportó 1 megapascal (MPa), pero al agregar los estabilizantes pasaba a soportar 9MPa”, ejemplifica Nicolás. El resultado, explica, indicó que el producto podría considerarse como estructural, dado que para clasificar debe resistir más de 5MPa, según la norma europea UNE 41410.

Se demostró el éxito y la pertinencia del proyecto, además que el método científico es transversal a varias áreas del conocimiento y que su aplicación, no solo es válida en las ciencias básicas o las ingenierías. También, que la investigación aplicada desde el pregrado es necesaria para resolver, desde la técnica, problemas relacionados con la sociedad, de acuerdo con quien orientó a Andrés Felipe y a Nicolás en el proceso, el profesor Yhan Paul Arias, de la Escuela de Construcción de la Facultad de Arquitectura de la UNAL Medellín.

En este caso, se generó una posibilidad de mayor aprovechamiento de residuos, pues solamente en la zona de estudio el 30% de los lodos de flotación de cantera son empleados por la industria cerámica para la elaboración de unidades de arcilla cocida como tejas o ladrillos que producen a partir de la combinación con otros materiales.

Solución ambiental

Los lodos de flotación son, básicamente, arcillas expansivas, lo que significa que son susceptibles de cambios de volumen en relación con variaciones de humedad del suelo. El 70% de estos residuos se disponen en botaderos, pero la lluvia los desintegra y arrastra hasta llevarlos a las fuentes hídricas. Se alojan en superficies del agua y no permiten que los rayos del sol la atraviesen, impidiendo, en el caso de los mares, la fotosíntesis de las algas y la producción de oxígeno. También podrían taponar los arrecifes de coral y, en general, contaminar la fauna y la vegetación.

Un decreto, el 0472 de 2017 del Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible, expone un marcado interés por encontrar procesos eficientes en el sector de la construcción, a lo que le apunta el uso de lodos de flotación de cantera, teniendo en cuenta que es difícil conformar algo con ellos, explica el docente Yhan Paul: “cómo no había suficiente conocimiento sobre el manejo de estos residuos mineros y no se les ha dado la importancia que merecen, se han venido acumulando generando impacto negativo en el medio ambiente”.

“¿Tesis de maestría o doctorado? No, proyecto de pregrado”

Andrés Felipe y Nicolás participaron recientemente en la 149 Reunión anual y Exhibición organizada por la Sociedad de Minerales, Metales y Materiales (TMS) de Estados Unidos que se realizó a mediados de febrero en San Diego, California.

Participaron en el Simposio de reciclaje de materiales secundarios y energía en TMS 2020, al que asisten, principalmente, estudiantes de posgrado. Hablaron del proyecto con el que generaron una opción para la elaboración de materiales de construcción y expusieron su póster entre 14 pósteres en la sección Recycling and Environmental Technologies, y fueron, junto con otros investigadores brasileños, los únicos latinoamericanos.

“Nos preguntaban si la nuestra era tesis de maestría o de doctorado; les dijimos: no, es un proyecto que trabajamos en el pregrado y en el Semillero. Nos comentaron que precisamente eso pesaba: estar al nivel competitivo de estudiantes de posgrado, además de la simplicidad del tema en el sentido en que, quien no tuviera formación en materiales o en química lo podía comprender. Resaltaron también el análisis estadístico, porque da mucha credibilidad”, cuenta Nicolás.

Por su parte, Andrés Felipe recuerda que “el profe nos decía que era un evento muy grande en el que se conocía todo sobre ingeniería de materiales, pero no dimensionábamos la magnitud. Cuando llegamos encontramos gente excelente en el campo académico. Íbamos a las conferencias y conocíamos temas brillantes que no alcanzábamos a imaginar”.

Un hito en mente

En la primera etapa se pasó de tener una cantidad de residuos a tener un material estabilizado del que se conocen las propiedades. Lo convencional, dice Andrés Felipe, es hacer caracterización. Sin embargo, “desde nuestra formación como constructores se nos enfoca es a procesos industriales como producción de componentes utilizados en construcción como ladrillos o losas”, asegura.

Ir adelante valió la pena, como lo mencionan. Y así lo sintieron en el TMS 2020. “Cuando estábamos allá parecíamos niños, todo lo que veíamos nos sorprendía; nanotecnología, inteligencia artificial, simulaciones, impresión 3D a nivel micro. Veíamos y decíamos: ¡wow todo lo que hay en el mundo! Eso nos animó a seguir con nuestro proyecto”, agrega.

Así lo hicieron. Ahora ellos dos y el profesor Yhan Paul tienen ideada una investigación macro para abordar problemas de sostenibilidad, salud y empleo, y esperan participar en una convocatoria de proyectos financiados con recursos del Fondo Nacional de Regalías.

Ya se conformó un grupo de trabajo con varias instituciones de educación superior para analizar distintos temas. La UNAL Medellín desarrollaría el material, el prototipo del producto y la estabilización físico-química de los lodos. La Universidad de Medellín haría estudios sobre sostenibilidad y análisis de ciclo de vida del material; la Universidad de Antioquia, análisis de escenarios futuros y enmiendas o estabilizadores de suelo para mejorar las condiciones de fertilidad, y el Instituto Tecnológico Metropolitano, de modelos económicos. El Colegio Mayor de Antioquia, por su parte, se encargaría de la construcción en mampostería y de la activación del residuo.

La siguiente, dice Andrés Felipe, “es una fase que incluye un componente de simulación matemática del sistema constructivo con el prototipo obtenido, un tanto avanzada para nuestra formación de pregrado, pero si logramos los objetivos que tenemos podremos marcar un hito en nuestro programa de Construcción y estamos muy motivados”.

30 de marzo de 2020