Efecto del tamaño de las partículas de arena en la efusividad térmica de ladrillos de mortero de cemento con adición de arcilla

Por qué importa la sensación de tus paredes

Cuando entras en una habitación, las paredes deciden silenciosamente con qué rapidez se calienta o enfría. En regiones cálidas o húmedas, y en especial donde la energía es cara, la forma en que los ladrillos manejan el calor puede marcar la diferencia entre una vivienda sofocante y una confortable. Este estudio examina una idea simple pero potente: cambiando el tamaño de los granos de arena y la cantidad de arcilla en los ladrillos de cemento, los constructores pueden afinar cómo las paredes almacenan y liberan calor—sin añadir más material ni un aislamiento caro.

Construir mejores ladrillos con tierra local

Los investigadores se centraron en una receta constructiva común: ladrillos de mortero de cemento hechos con arena de río, arcilla local de Nkolbisson cerca de Yaundé en Camerún, agua y cemento Portland. La arcilla resulta atractiva porque es abundante, económica y tiene una huella de carbono menor que muchos materiales modernos. Sin embargo, también tiende a debilitar los ladrillos si se usa de forma imprudente. El equipo planteó una pregunta que hasta ahora había sido poco explorada: si se sustituye parcialmente la arena por arcilla, ¿cambia el tamaño de los granos de arena—muy finos, medios o gruesos—la capacidad del ladrillo para almacenar y transmitir calor? Responder a esto podría ayudar a diseñar muros que moderen la temperatura interior de forma más natural.

De los granos a los ladrillos en el laboratorio

Para investigarlo, la arena del río Sanaga se lavó, secó y tamizó cuidadosamente en tres franjas de tamaño de grano: fina (0,08–0,5 mm), media (0,5–1,6 mm) y gruesa (1,6–2 mm). La arcilla de Nkolbisson también se caracterizó en detalle: se midieron su distribución granulométrica, su plasticidad (qué facilidad tiene para deformarse cuando está húmeda) y su composición química, rica en sílice, alúmina y óxido de hierro. A continuación se moldearon los ladrillos en moldes estandarizados, manteniendo siempre la misma masa seca total y la misma relación agua/cemento. Para cada tamaño de arena, la arcilla sustituyó entre el 0 y el 60 % de la masa de arena, produciendo 63 pequeños ladrillos de ensayo que se curaron durante 28 días antes de las pruebas.

Midiendo cómo los ladrillos interactúan con el calor

El equipo examinó dos comportamientos térmicos clave. Primero, midieron la efusividad térmica—la tendencia de un material a absorber o liberar calor cuando su superficie se encuentra repentinamente con algo más caliente o más frío. En segundo lugar, midieron la conductividad térmica, que describe con qué facilidad circula el calor a través del ladrillo. Se emplearon métodos especializados: una placa caliente asimétrica para sondear la efusividad y un alambre caliente paralelo insertado en los ladrillos para determinar la conductividad. Cada combinación de tamaño de arena y contenido de arcilla se probó varias veces, y las incertidumbres en las mediciones se estimaron cuidadosamente para asegurar que las tendencias fueran reales y no solo ruido experimental.

La arcilla enfría, el tamaño del grano afina el efecto

Los resultados ofrecen una imagen clara. A medida que se añade más arcilla, tanto la efusividad como la conductividad disminuyen en los tres tamaños de arena. En otras palabras, los ladrillos se vuelven más aislantes y menos capaces de intercambiar calor rápidamente con su entorno. Para la clase de arena más fina, las reducciones máximas alcanzaron alrededor del 18 % en efusividad y del 34 % en conductividad. Para las arenas media y gruesa, los recortes fueron incluso mayores—hasta aproximadamente un 26–28 % en efusividad y cerca de un 44 % en conductividad en los contenidos de arcilla más altos. A igual contenido de arcilla, los ladrillos fabricados con arena más fina tendieron a presentar propiedades térmicas más bajas que los hechos con arena más gruesa. Los granos más finos aumentan el área superficial total y favorecen numerosos poros diminutos llenos de aire, lo que ralentiza el flujo de calor. Por el contrario, los granos más gruesos forman un esqueleto mineral más continuo, permitiendo que el calor viaje más directamente a través de los contactos sólidos.

Qué significa esto para viviendas confortables

Para la vida diaria, el mensaje es directo: ajustando la mezcla de arcilla y el tamaño de los granos de arena, los constructores pueden diseñar ladrillos que protejan mejor los hogares de las oscilaciones de temperatura exterior. Más arcilla y arena más fina suelen producir ladrillos más aislantes, ayudando a que los interiores se mantengan más frescos durante los días calurosos y reduciendo la carga sobre ventiladores o aires acondicionados. La arena más gruesa conduce a ladrillos que conducen el calor con mayor facilidad, lo que puede ser útil en climas fríos donde se desea un calentamiento rápido. Dado que este enfoque se basa en ajustar materiales locales en lugar de añadir gruesas capas de aislamiento sintético, ofrece una vía de bajo coste y baja emisión de carbono para mejorar el confort interior, especialmente en regiones con recursos limitados pero abundante sol y calor.

Cita: Djouatsa Donfack, A., Yamb Bell, E., Diakhate, M. et al. Effect of sand particle size on the thermal effusivity of clay-admixed cement mortar bricks. Sci Rep 16, 13057 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41726-6

Palabras clave: edificios de eficiencia energética, ladrillos de arcilla, aislamiento térmico, tamaño de grano de la arena, construcción sostenible