Diseño de nuevas fórmulas de hormigones de pavimento ecoeficientes para su aplicación en carreteras y caminos rurales

Embargado hasta 26/11/2025.

La investigación abordada durante el desarrollo de esta tesis doctoral tiene como fin el establecimiento científico-técnico de mezclas de hormigón para pavimento, incluyendo árido reciclado mixto (ARM) y cenizas de fondo de biomasa de olivo (CFBo) como conglomerante y esqueleto granular, y su evaluación económica y medioambiental. Debido a esto, las etapas planteadas al inicio de la investigación fueron desarrollar un cemento Eco-Híbrido base materiales reciclados, valorar estos residuos actuando como árido, fabricar mezclas de hormigón con cemento Eco- Híbrido y áridos reciclados, aplicar y valorar esas mezclas de hormigón en una obra a escala real y, finalmente, cuantificar los ahorros económicos y medioambientales que suponen la aplicación de ARM y CFBo en sustitución de cemento y árido. El desarrollo de nuevos cementos fabricados a partir de residuos y subproductos como sustitutos de las materias primas convencionales es un enfoque necesario para mitigar los impactos nocivos de la industria de la construcción. Estos impactos son principalmente las emisiones de CO2 y el consumo de energía y recursos naturales durante la construcción. En este estudio, se formularon nuevos cementos Eco-Híbridos con ARM procedentes de residuos de construcción y demolición (RCD) y CFBo, procesadas hasta obtener una fracción en micronizada. Tanto el ARM como las CFBo se aplicaron en varias mezclas de mortero sustituyendo diversas proporciones de cemento. Se demuestra la viabilidad de utilizar estos materiales reciclados de forma combinada, como material cementante suplementario. En este trabajo se intenta igualar las propiedades de los cementos Portland convencionales, obteniendo propiedades similares al CEM II A/L 42.5, que es el comúnmente utilizado para pavimentos de hormigón. Un adecuado procesado aplicado a ambos materiales reciclados y las dosificaciones optimizadas en las que se añadieron los porcentajes de sustitución, dieron como resultado unas propiedades favorables. Además, este estudio aplica tanto ARM como CFBo, actuando como árido en mezclas de mortero, con un procesado optimizado para mejorar sus propiedades. El objetivo es sustituir parcialmente el árido natural por estos materiales a altas tasas de sustitución y demostrar cómo la aplicación de residuos en porcentajes de hasta el 50% puede ser un sustituto de los áridos naturales. Se definen mezclas de mortero en las que se sustituye el 50% de los áridos y que alcanzan más del 80% de la resistencia estándar del mortero, y mezclas en las que se sustituye el 10% de los áridos y que alcanzan más del 95% de la resistencia estándar del mortero. En las mezclas de hormigón desarrolladas, los materiales alternativos (ARM y CFBo) sustituyen tanto al árido en diferentes grados como al cemento, denominado cemento EcHy. Se realizaron once mezclas de hormigón con diferentes grados de sustitución, dividiendo el conjunto en dos series. La serie 1 incluía mezclas de hormigón con CEM II/A-L con diferentes mezclas de áridos tanto naturales como reciclados y la serie 2, que incluyó sustituciones de cemento y áridos frente a una mezcla control CEM II/B-L, ya que la sustitución de cemento por polvos reciclados es del 25%. Las mezclas que contenían el cemento alternativo Eco-Híbrido (EcHy), compuesto por 75% de clinker, 19% de polvo de ARM (de sus siglas en inglés, powder of Mixed Recycled Aggregate, pMRA) y 6% de polvo de CFBo (de sus siglas en inglés, powder of Biomass Bottom Ash, pBBA), alcanzaron resistencias del 97% a los 28 días de la mezcla de control con CEM II/B-L y árido natural y, a los 90 días, la resistencia mecánica del hormigón alternativo que contenía cemento EcHy superó a la de la mezcla de hormigón convencional. La sustitución del árido natural por subproductos reciclados también mostró buenos resultados con respecto a la resistencia mecánica. La sustitución del 50% de árido natural alcanzó resistencias del 86% de la resistencia del hormigón de control. Es importante conseguir aplicaciones a escala real derivadas de la investigación para que exista una transferencia de conocimiento al mundo empresarial. Uno de los objetivos de esta investigación es el estudio y la aplicación a escala real de una carretera de hormigón fabricada a partir de subproductos reciclados. Se incluyeron un total de 5 tipos de tramos diferentes: un tramo control con hormigón convencional, otro con la aplicación de adiciones Eco-Híbridas al cemento, dos tramos con sustitución de áridos, uno con materiales reciclados procedentes del procesado de ARM y otro con ARM y CFBo y, por último, un tramo sustituyendo ambos áridos por ARM y CFBo con el uso de adiciones cementantes Eco-Híbridas. Para el estudio técnico del comportamiento del hormigón se incluyeron sensores in situ, obteniéndose resultados de monitorización mediante sensores de temperatura y cambios dimensionales. Además de estudios del comportamiento mecánico y la durabilidad, se realizó una evaluación del ciclo de vida y ciclo de costes para medir el impacto medioambiental del mortero y hormigón convencional y de las mezclas con materiales reciclados mediante parámetros medioambientales y monetarios. Los resultados demostraron que, para las mezclas de mortero, la resistencia mecánica a largo plazo disminuye entre un 2,7% y un 14% para las mezclas de mortero, aunque las emisiones de CO2 se reducen en un 25% y los costes de producción se reducen un 20%. Para las mezclas de hormigón, la resistencia mecánica se redujo entre un 1,7% y un 10,4%, aunque las emisiones de CO2 se reducen en un 12% y los costes en un 13.8%. Para el hormigón de pavimento implementado a escala real, el cemento que incluía materiales cementantes suplementarios alternativos en un 25% del total mostró una resistencia comparable a la del cemento convencional. La sustitución de los áridos entre el 35% y el 40% provocó una disminución de las propiedades mecánicas de entre el 15% y el 25%. El impacto medioambiental se redujo entre un 10% y un 15% en las mezclas en las que se utilizó cemento Eco-Híbrido. Aunque las reducciones de las prestaciones mecánicas fueron pequeñas, los ahorros en términos medioambientales y monetarios hacen que la viabilidad de la fabricación de estos materiales a base de cemento sea factible e interesante tanto para la sociedad como para el mundo empresarial.