Optimización del uso potencial del polvo de clinker de aceite de palma residual en lechadas cementosas para pavimentos semirrígidos mediante metodología de superficie de respuesta

Convertir residuos en carreteras más resistentes

La producción de cemento es una fuente importante de dióxido de carbono que calienta el clima, y aun así dependemos de él para construir desde edificios hasta autopistas. Al mismo tiempo, la creciente industria del aceite de palma genera grandes cantidades de residuos de clinker que normalmente acaban en vertederos. Este estudio plantea una pregunta simple pero potente: ¿podemos convertir ese residuo no deseado en un ingrediente útil para superficies de carretera más resistentes y sostenibles?

Por qué a los constructores de carreteras les importan las nuevas mezclas

Las carreteras modernas deben soportar tráfico pesado, derrames de combustible, calor, lluvia y años de desgaste. Un tipo especial de superficie denominado pavimento semirrígido combina un esqueleto de mezcla asfáltica porosa con una lechada a base de cemento que impregna sus vacíos y se endurece. Estas superficies pueden soportar cargas pesadas y resistir deformaciones permanentes mejor que el asfalto convencional en caliente, pero dependen de grandes cantidades de cemento. Sustituyendo parte del cemento por polvo finamente molido de clinker de aceite de palma (POCP), los investigadores buscaron reducir tanto las emisiones como los residuos, manteniendo —o incluso mejorando— el rendimiento.

Diseñando la receta adecuada

El equipo trató la lechada como una receta de cocina que había que afinar con cuidado. Variaron dos ingredientes clave: la proporción de cemento reemplazada por POCP (0–30 %) y la relación agua‑cemento (qué tan húmeda está la mezcla). Empleando un enfoque estadístico llamado metodología de superficie de respuesta, planificaron 80 mezclas de ensayo y midieron qué tan fácilmente cada lechada fluía dentro de un cono y qué resistencia alcanzaba tras 1, 7 y 28 días. Para los pavimentos semirrígidos, la lechada debe ser lo bastante fluida para llenar los poros del asfalto pero lo bastante resistente para soportar el tráfico. El análisis mostró que añadir POCP generalmente mejoraba el flujo porque el polvo absorbía menos agua que el cemento, dejando más agua libre para lubricar la mezcla.

Encontrando el punto óptimo

Las pruebas de resistencia revelaron un compromiso. Las mezclas de cemento puro fueron las más resistentes, y la resistencia disminuyó a medida que se añadía más POCP, especialmente con altos contenidos de agua, porque las partículas de clinker son más porosas y menos reactivas que el cemento. Aun así, muchas mezclas con POCP superaron cómodamente los objetivos prácticos de resistencia. La receta optimizada se situó en una relación agua‑cemento de alrededor de 0,46 con un 20 % del cemento reemplazado por POCP. Esta mezcla fluyó dentro del intervalo de tiempo deseado y alcanzó más que suficiente resistencia en todas las edades de curado, lo que la convierte en un equilibrio prometedor entre rendimiento y sostenibilidad.

Cómo se comporta la nueva lechada dentro de la carretera

Para ver qué ocurría en el interior, los investigadores examinaron muestras de lechada endurecida con un microscopio electrónico. La lechada convencional formó una estructura densa y continua, mientras que la lechada modificada con POCP mostró más poros y partículas de clinker incrustadas. Esto explicó la ligera caída en resistencia y la mayor pérdida de material en ensayos de abrasión por impacto. Cuando se empleó la lechada optimizada en losas reales de pavimento semirrígido, las capas resultantes se compararon con una mezcla semirrígida de control y con asfalto convencional en caliente. Las superficies semirrígidas, con y sin POCP, mostraron más del doble de la estabilidad del asfalto convencional, mejor resistencia al daño por humedad y una resistencia muy superior al ataque de gasóleo, gracias a su esqueleto rígido a base de cemento.

Fortalezas, compensaciones y direcciones futuras

Los pavimentos basados en residuos de palma no fueron perfectos. Su mayor rigidez implicó que absorbían peor los impactos repetidos, lo que condujo a una mayor pérdida de partículas en el ensayo de abrasión Cantabro que en el asfalto flexible. La zona donde la lechada dura se encuentra con las piedras recubiertas de betún también se comportó como un eslabón débil bajo impacto. Los autores sugieren que los diseños futuros deberían apuntar a un poco menos de vacíos de aire en el esqueleto asfáltico para aumentar la flexibilidad y que aún son necesarias normas de resistencia a nivel industrial para este tipo de lechadas.

Qué significa esto para las carreteras del día a día

En términos sencillos, el estudio muestra que moler un residuo problemático del aceite de palma y usarlo para reemplazar aproximadamente una quinta parte del cemento en superficies de pavimento semirrígido puede seguir dando pavimentos fuertes y duraderos. Estas capas con POCP resisten especialmente bien las cargas pesadas, la humedad y los derrames de combustible —condiciones comunes en áreas de camiones, cabinas de peaje y patios industriales—, al tiempo que reducen la dependencia de cemento fresco y evitan que los residuos acaben en vertederos. Con un mayor ajuste para mejorar la resistencia al impacto, este enfoque podría ayudar a que las carreteras futuras sean tanto más resistentes como más ecológicas.

Cita: Khan, N., Sutanto, M.H., Khan, M.I. et al. Optimizing the potential use of waste palm oil clinker powder in cementitious grouts for semiflexible pavements using response surface methodology. Sci Rep 16, 14420 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-47875-y

Palabras clave: pavimento semirrígido, clinker de aceite de palma, carreteras sostenibles, reemplazo de cemento, valorización de residuos