Características a baja temperatura de mezclas asfálticas con ceniza de lodos de depuradora bajo condiciones de humedad y pH variables

Convertir residuos en carreteras más resistentes

Cada vez que llueve en una calle urbana, el agua se infiltra en el pavimento y debilita la calzada hasta que aparecen grietas y baches. Al mismo tiempo, las ciudades lidian con el problema de qué hacer con las montañas de lodos que quedan tras el tratamiento de las aguas residuales. Este estudio une ambos problemas y plantea una pregunta sencilla: ¿puede la ceniza procedente de la quema de lodos de depuradora emplearse para construir carreteras más duraderas, especialmente en entornos fríos, húmedos y contaminados?

Por qué las carreteras frías y húmedas se agrietan

Las carreteras de asfalto modernas son más frágiles de lo que parecen, sobre todo en climas fríos. Cuando bajan las temperaturas, el pavimento se contrae y se generan esfuerzos internos de tracción. Si el betún que actúa como adhesivo entre los granos de piedra es débil, pueden iniciarse y propagarse pequeñas grietas, especialmente tras numerosos ciclos de congelación y deshielo. El agua de lluvia empeora la situación. Cuando ésta arrastra hollín, polvo y otras contaminaciones urbanas, puede volverse ácida o alcalina en lugar de neutra. Esa agua químicamente activa se infiltra en el pavimento, rompe la unión entre el betún y la piedra y ablanda el propio betún. El resultado es una carretera que necesita mucha menos energía para agrietarse y que falla antes durante los episodios de frío.

Dar una segunda vida a los lodos

Los investigadores se centraron en la ceniza de lodos de depuradora, el material pulverulento que queda después de secar y quemar a alta temperatura los lodos urbanos. La combustión elimina patógenos y materia orgánica, dejando un material fino, en su mayor parte mineral y rico en compuestos de calcio. Como la mayoría de las partículas son muy pequeñas, la ceniza encaja naturalmente con la fracción fina de los áridos. En este estudio, el equipo sustituyó parte o la totalidad del componente fino de granito en asfalto en mezcla en caliente por esta ceniza en cuatro niveles: un cuarto, la mitad, tres cuartos y sustitución total. A continuación diseñaron mezclas asfálticas estándar para cada caso, asegurando que la receta global cumpliera las normas aceptadas en construcción de carreteras.

Probar las carreteras en aguas agresivas

Para reproducir lo que ocurre en el mundo real, los científicos expusieron tanto los “mástics” bitumen–árido como las mezclas asfálticas completas a aguas con distinta acidez: desde moderadamente ácidas hasta moderadamente alcalinas, como las que pueden encontrarse en escorrentías de caminos rurales polvorientos o calles urbanas cubiertas de hollín. Luego enfriaron las muestras a bajas temperaturas y midieron dos propiedades clave. Primero, evaluaron la adhesión del mástic a la piedra y la cohesión interna del propio mástic. Segundo, emplearon una prueba de flexión en muestras semicirculares para medir cuánta energía podía absorber el asfalto antes de agrietarse y cuánta resistencia ofrecía a la propagación de la grieta una vez iniciada.

Cómo cambia la estructura interna con la ceniza

El asfalto convencional a base de granito sufrió mucho bajo este tratamiento agresivo. El agua ácida y alcalina redujo tanto la adherencia entre betún y piedra como la resistencia de la película de betún. En las condiciones ácidas más agresivas, las mezclas control perdieron aproximadamente un 40 % de su capacidad para absorber energía antes de fracturarse y una proporción similar de su resistencia al crecimiento de grietas. Por el contrario, las mezclas con ceniza de lodos se comportaron de forma muy distinta. Las partículas de ceniza presentan superficies rugosas y porosas y una mayor área superficial que el granito, de modo que el betún puede adherirse con más firmeza y formar un esqueleto interno más denso, más difícil de invadir por el agua. Químicamente, la ceniza es rica en compuestos calcáreos que tienden a contrarrestar la acidez y a formar enlaces más estables con el betún. En conjunto, estas características mejoran tanto la cohesión del mástic como la adhesión entre mástic y piedra.

De los números de laboratorio a las ventajas prácticas

A medida que aumentaba la proporción de ceniza de lodos en el árido fino, todas las medidas clave mejoraron de forma progresiva. Incluso en condiciones de humedad dañinas, el asfalto con 100 % de ceniza en lugar de granito fino mostró, de media, alrededor de un 60 % más de energía de fractura y tenacidad a la fractura que la mezcla convencional. En muchos casos, las muestras ricas en ceniza ensayadas en agua ácida a baja temperatura se comportaron tan bien o mejor que la mezcla no modificada en condiciones secas y “seguros”. El análisis estadístico indicó que, una vez que la ceniza sustituyó al menos tres cuartos del granito fino, las mejoras no solo eran apreciables sino significativamente fiables.

Qué significa esto para las carreteras del futuro

En términos sencillos, el estudio concluye que la ceniza de lodos de depuradora, correctamente procesada, puede convertir un problema de residuos en una ventaja de rendimiento. Cuando se usa para reemplazar la mayor parte o la totalidad del granito fino en el asfalto, ayuda a que las carreteras mantengan mejor su integridad en entornos fríos, húmedos y químicamente agresivos, haciéndolas más resistentes a las grietas y más lentas en fallar. Si bien estos resultados se obtuvieron con un tipo específico de granito y se necesita más trabajo antes del uso a gran escala, el mensaje es claro: con el tratamiento adecuado, lo que hoy discurre por las alcantarillas de una ciudad podría ayudar a mantener sus carreteras más suaves y duraderas mañana.

Cita: Asadi, A.H., Hamedi, G.H. & Azarhoosh, A. Low-temperature characteristics of asphalt mixtures with sewage sludge ash under varying pH moisture conditions. Sci Rep 16, 8634 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41975-5

Palabras clave: ceniza de lodos de depuradora, durabilidad del asfalto, grietas en pavimentos, materiales reciclados, sostenibilidad de carreteras