El concreto es el segundo material más utilizado por el ser humano, después del agua, y en Colombia la industria de la construcción registra una producción significativa cada año. Para finales de 2025, la producción acumulada de concreto premezclado a nivel nacional se situó en aproximadamente 7,5 millones de metros cúbicos, según cifras del Dane. Tal cantidad equivale a llenar aproximadamente tres mil piscinas olímpicas.
Es por esto que, como forma de reducir su impacto ambiental, un equipo multidisciplinario integrado por docentes y estudiantes de la División de Ingenierías y Ciencias Básicas de la Universidad del Norte, en conjunto con la Universidad Politécnica de Madrid, la Universidad Católica de Murcia, el Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja (España) y diversas empresas del sector, trabaja en el desarrollo de soluciones que permitan reducir el consumo de materias primas vírgenes sin sacrificar propiedades mecánicas ni durabilidad.
Joaquín Abellán, profesor del Doctorado y la Maestría en Ingeniería Civil de Uninorte, lidera la investigación y trabaja en el desarrollo de un nuevo hormigón de alto desempeño, con el fin de producir concretos más sostenibles, con alto valor tecnológico y sin perder su resistencia y capacidad estructural.
“Se trata de combinar sostenibilidad, ciencia de materiales e inteligencia artificial para diseñar concretos avanzados con potencial de aplicación real en la industria de la construcción”, señala Abellán, doctor en ingeniería de estructuras, cimentaciones y materiales, y miembro del grupo de investigación en Estructuras y Geotecnia (GIEG) de Uninorte.
Las líneas de investigación del profesor incluyen materiales sostenibles; materiales de alto y ultra alto desempeño; IA aplicada a la ingeniería de materiales; procedimientos constructivos y sostenibilidad en la construcción.
La investigación, iniciada en 2024 con apoyo de las empresas Ultracem, Sumicol, Sika y Ecopetrol, se deriva de trabajos previos desarrollados desde 2017 sobre técnicas especiales de diseño de concretos por empaquetamiento de partículas (parte microestructural). De acuerdo con Abellán, el equipo estudia mezclas que incorporan árido grueso reciclado y residuos industriales como materiales cementantes suplementarios.
El trabajo se ha estructurado en tres etapas: primero, la caracterización físico-química y mecánica de las materias primas; segundo, el análisis y optimización de las dosificaciones mediante modelos de inteligencia artificial y aprendizaje automático; y tercero, la validación experimental de las mezclas seleccionadas en laboratorio. Estas fases permiten a los investigadores entender científicamente cómo interactúan sus componentes y cómo esas interacciones afectan propiedades como la trabajabilidad, la resistencia y la durabilidad.
El profesor explica que los resultados del estudio han demostrado que el uso combinado de distintas técnicas permite convertir el agregado reciclado en una alternativa eficiente dentro del concreto. A medida que aumenta su proporción, argumenta, no solo es posible reducir el consumo de cemento, sino también mejorar la resistencia del material. En ese sentido, destaca que en la investigación se alcanzaron resistencias de hasta 90 MPa en mezclas que tradicionalmente se asocian a concretos convencionales de 30 a 40 MPa, lo que evidencia que este tipo de agregado puede emplearse para desarrollar soluciones más sostenibles y de alto desempeño.
“El estudio busca demostrar que estos materiales alternativos pueden integrarse de forma segura y eficiente en mezclas con buenas propiedades mecánicas, adecuada trabajabilidad y durabilidad a largo plazo”, comenta. Para ello, el equipo realiza una caracterización detallada de las materias primas y estudian cómo interactúan dentro del concreto.
Jesús Altamiranda, estudiante del Doctorado en Ingeniería Civil de Uninorte, señala que su experiencia trabajando en el proyecto ha sido muy valiosa, tanto en lo académico como en lo profesional. “He podido involucrarme en etapas clave como el diseño de mezclas, el análisis de resultados experimentales y la interpretación del comportamiento de los materiales. Todo esto, además de fortalecer mi formación doctoral, me ha permitido desarrollar una visión más integral de la ingeniería, entendiendo cómo los buenos resultados en laboratorio pueden traducirse en soluciones útiles y con impacto real”
En lo profesional, Altamiranda indica que este proceso le ha ayudado a fortalecer habilidades como el análisis crítico, la capacidad de investigación y la manera de abordar problemas complejos con mayor criterio técnico. Ha sido una experiencia, agrega, que ha reafirmado su interés en seguir trabajando en investigación aplicada para contribuir al mejoramiento de los materiales y de la infraestructura.
El profesor señala que la investigación también tiene una aplicación práctica, ya que está orientada a identificar dosificaciones con potencial para la producción de prefabricados de concreto. Además, destacó el uso de herramientas de inteligencia artificial y aprendizaje automático para optimizar las mezclas y predecir su comportamiento. “Esto convierte la investigación en una propuesta innovadora, con impacto tanto científico como industrial”, afirma.
El proyecto podría aplicarse, por ejemplo, en la construcción de estructuras, pavimentos y mobiliario urbano. Abellán comentó que la investigación no se queda en una evaluación de laboratorio aislada, sino que busca formular concretos que puedan cumplir exigencias de fabricación y desempeño, incorporando árido reciclado y cementantes alternativos sin perder trabajabilidad, resistencia ni durabilidad.
Además, la investigación define criterios de desempeño claramente vinculados a la práctica constructiva. En el caso de aplicaciones en prefabricados, se consideran umbrales como alta fluidez del material, resistencia temprana suficiente para operaciones como el desencofrado, resistencia estructural a 28 días y requisitos de durabilidad. “Los resultados muestran que varias dosificaciones cumplen simultáneamente esas condiciones, lo que refuerza su potencial de transferencia a productos reales”, sostiene.
Actualmente el equipo adelanta un spin-off orientado a incorporar un residuo de la industria del petróleo como reemplazo parcial del cemento, un material que requiere disposición especial. El proyecto se encuentra en fase de experimentación en laboratorio y se espera que en los próximos meses arroje resultados sobre su viabilidad.
De consolidarse esta propuesta permitiría no solo reducir el uso de recursos naturales en la producción de concreto, sino también dar una segunda vida a residuos industriales de difícil tratamiento, avanzando hacia modelos más sostenibles en la construcción.