Estudio de mezclas asfálticas densas autosanables mediante inducción magnética utilizando residuos industriales como activadores del sanado

Abstract

RESUMEN: Se han realizado grandes avances en el campo de investigación del autosanado de mez-clas asfálticas mediante inducción magnética con partículas metálicas como aditivos, cuyo calentamiento permite reparar sus propias fisuras. Se ha demostrado que esta tecno-logía permite incrementar la vida útil de las carreteras; sin embargo, su alto coste en comparación con otras prácticas de mantenimiento tradicional debido al precio de las partículas metálicas vírgenes hace que esta solución no sea atractiva en términos de in-versión. En este contexto, la presente tesis doctoral tiene por objeto conseguir que este proceso sea económicamente viable y ambientalmente amigable. Para ello, en primer lu-gar, se realizó una búsqueda intensiva de subproductos industriales para reemplazar tan-to las partículas metálicas como los áridos naturales de las mezclas asfálticas. Estos sub-productos incluyeron residuos de procesos de granallado y mecanizado, escorias y are-nas de desmoldeo. La incorporación de estos materiales dio lugar a una serie de mezclas alternativas que se sometieron a un ensayo de rotura-sanado-rotura para determinar su capacidad de autosanado. Los resultados obtenidos a este respecto probaron que los subproductos se calentaban adecuadamente, dando lugar a ratios de sanado satisfacto-rios en comparación con los asociados a las mezclas de referencia tipo hormigón asfáltico (AC-16). Una vez realizada esta parte experimental, se procedió a abordar el modelado numérico del proceso de autosanado de estas mezclas mediante técnicas estadísticas, pues se detectó una carencia de estudios de este tipo en la literatura. La combinación de análisis clúster y modelos de regresión sirvió para reproducir el comportamiento experi-mental de las mezclas en laboratorio con precisión. A partir de ahí, se pudo determinar la cantidad óptima de subproductos industriales y tiempo necesarios para conseguir que el proceso de autosanado fuese tan eficiente como fuera posible. Por último, como respues-ta a la falta de investigaciones orientadas a validar el comportamiento mecánico a largo plazo de mezclas autosanables con subproductos industriales, se llevó a cabo un ensayo uniaxial de fatiga sobre las muestras experimentales y de referencia. Los resultados deri-vados de este test permitieron identificar una ausencia de diferencias estadísticamente significativas entre la respuesta a fatiga de las mezclas experimentales y las de referen-cia. Por tanto, retomando el punto de partida sobre el que se asienta la tesis, se concluyó que la tecnología de autosanado con residuos industriales es una solución sostenible para incrementar la vida útil de mezclas asfálticas, contribuyendo a la economía circular me-diante diversos beneficios económicos y ambientales.

ABSTRACT: There have been great advances in the field of self-healing asphalt mixtures by magnetic induction, whereby metal particles are heated to enable the reparation of cracks. This technology has been found to increase the life expectancy of roads; however, its high cost in comparison with traditional maintenance practices due to the price of virgin met-al particles still makes it unattractive in terms of investment. In this context, this PhD thesis aims at making this process economically viable and environmentally efficient. To this end, first was conducting a thorough search for industrial by-products to replace both metal particles and natural aggregates in the design of asphalt mixtures. These by-products included sand blasting wastes, stainless shot wastes and polished wastes as metal particles, as well as other inert by-products as a substitute for natural aggregates. The incorporation of these materials resulted in a series of alternative mixtures that were subject to a break-heal-break test to determine their self-healing capacity. The results obtained in this respect proved that the by-products were heated adequately, leading to satisfactory healing ratios compared with those associated with an asphalt concrete ref-erence mixture (AC-16). Once this experimental part was carried out, next was address-ing the numerical modelling of the self-healing process of these mixtures through statis-tical techniques, since a research gap was found in this regard in the literature. The com-bination of cluster analysis and regression models served to replicate the experimental behavior of the mixtures in the laboratory with accuracy. From there, the optimal amount of industrial by-products and time required to make the self-healing process as efficient as possible were determined. Finally, as a response to the lack of investigations devoted to validating the long-term mechanical performance of self-healing asphalt mix-tures with industrial by-products, the experimental and reference mixtures were subject to a uniaxial fatigue test. The results derived from this experiment enabled identifying an absence of statistically significant differences between the fatigue response of exper-imental and reference mixtures. Therefore, returning to the premise on which the PhD thesis was based, the self-healing technology with industrial by-products was concluded to be a sustainable solution to increase the lifetime of asphalt mixtures, thereby contrib-uting to circular economy through multiple economic and environmental benefits.