Investigación experimental del rendimiento de pavimentos semirrígidos mediante lechadas optimizadas con nano-sílice y ceniza de bagazo de caña de azúcar

Convertir residuos agrícolas en carreteras más resistentes

Las carreteras modernas afrontan un doble reto: deben soportar camiones pesados, condiciones climáticas adversas y derrames de combustible, mientras la sociedad exige reducir la huella de carbono de la construcción. Este estudio muestra cómo un residuo agrícola de la producción de azúcar, combinado con partículas ultrafinas llamadas nano-sílice, puede emplearse para construir pavimentos más fuertes y duraderos. Al replantear tanto la estructura de la vía como la formulación del material tipo cemento que la rellena, los investigadores apuntan a carreteras y superficies industriales que son a la vez más resistentes y más sostenibles.

Cómo funciona una estructura vial híbrida

Los pavimentos de asfalto convencionales son flexibles pero pueden formar huellas, agrietarse o ablandarse con el calor y los derrames de combustible. El hormigón es más rígido y duradero, pero resulta más ruidoso, menos confortable para la conducción y también propenso a fisuras propias. El equipo se centró en una solución intermedia llamada pavimento semirrígido. En este diseño, una capa de asfalto muy abierta, rica en áridos con muchos vacíos conectados, actúa como un esqueleto. Esos vacíos se saturan luego con una lechada cementosa de alta fluidez. El resultado es una superficie que combina la comodidad y flexibilidad del asfalto con la resistencia y la resistencia química de un material cementoso.

Reciclaje de ceniza de caña y uso de aditivos ultrafinos

Para que esta superficie híbrida sea más respetuosa con el clima y los recursos, los investigadores sustituyeron parcialmente el cemento Portland ordinario, una fuente importante de dióxido de carbono industrial, por ceniza de bagazo de caña de azúcar. Esta ceniza es un residuo de la combustión de restos de caña en plantas de azúcar y etanol y se produce en decenas de millones de toneladas cada año en todo el mundo. Tras un secado cuidadoso, una combustión controlada y un fino molido, la ceniza actúa como un mineral reactivo que puede ayudar a que la lechada fragüe y se densifique. El equipo también añadió una pequeña cantidad de nano-sílice, cuyas partículas ultrafinas actúan como núcleos que aceleran el fraguado y ayudan a compactar más la microestructura.

Ensayos de resistencia, agua, tráfico y daño por combustible

Los científicos optimizaron primero la fórmula de la lechada para que fuera lo bastante fluida como para penetrar en los poros del asfalto y, al mismo tiempo, fragüe formando una matriz de alta resistencia. Hallaron que una mezcla con 10 por ciento de ceniza de caña y 1 por ciento de nano-sílice, con un contenido de agua relativamente bajo y un plastificante químico, produjo aproximadamente un 22 por ciento más de resistencia a la compresión que una lechada convencional. La microscopía y el análisis por rayos X mostraron que esta mezcla formó una estructura interna más densa, con menos vacíos y más gel aglutinante que confiere la resistencia a los materiales cementosos. Las losas de pavimento semirrígido fabricadas con esta lechada optimizada se compararon luego, en laboratorio, con asfalto convencional en caliente.

Rendimiento bajo cargas pesadas y condiciones adversas

En ensayos de carga, las superficies semirrígidas superaron con creces al asfalto ordinario. Mostraron aproximadamente un 88 por ciento más de estabilidad y una rigidez resiliente por encima de 5000 megapascales, lo que indica una capacidad mucho mayor para soportar tráfico pesado sin deformación permanente. En pruebas de rodadura que simulan la formación de huellas, las mezclas semirrígidas desarrollaron solo alrededor del 30 por ciento de la profundidad de huella observada en el asfalto convencional. Al exponerse a la humedad, las probetas semirrígidas conservaron cerca del 92 por ciento de su resistencia a la tracción, frente al 88 por ciento de las mezclas estándar, gracias a la capacidad de la lechada para sellar las vías de entrada del agua. Quizá de forma más llamativa, en ensayos donde las muestras se empaparon en gasóleo y luego se cepillaron o se reensayaron en resistencia, los pavimentos semirrígidos perdieron menos del 5 por ciento de su masa y mantuvieron alrededor del 93 por ciento de su resistencia, mientras que el asfalto ordinario se degradó mucho más, con pérdidas de masa cercanas al 20 por ciento y solo alrededor del 80 por ciento de resistencia conservada.

Beneficios climáticos de materiales más inteligentes

Más allá del rendimiento, los investigadores estimaron el impacto climático de sustituir parte del cemento por ceniza de caña y una pequeña cantidad de nano-sílice. Por cada metro cúbico de lechada, la receta modificada redujo las emisiones de dióxido de carbono en aproximadamente un 8,4 por ciento en comparación con una mezcla tradicional totalmente a base de cemento, al tiempo que desviaba residuos agrícolas de su eliminación. En conjunto, los resultados sugieren que los pavimentos semirrígidos construidos con lechadas de ceniza de bagazo de caña y nano-sílice pueden ofrecer superficies viales más resistentes, y más resistentes al hundimiento y a los combustibles, para lugares exigentes como patios industriales, cocheras de autobuses y pavimentos aeroportuarios, a la vez que reducen modestamente el coste de carbono de la construcción.

Cita: Sajid, M.A., Al-Nawasir, R., Khan, M.I. et al. Experimental investigation of semi-flexible pavement performance using optimized nano-silica and sugarcane bagasse ash modified grouts. Sci Rep 16, 13903 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-50120-1

Palabras clave: pavimento semirrígido, ceniza de bagazo de caña de azúcar, nano-sílice, carreteras sostenibles, rendimiento del asfalto