Líneas de investigación en el sector de pavimentos y revestimientos: escalada tecnológica e innovación permanente

La infatigable escalada en materia de innovación de pavimentos y revestimientos en los últimos años es una evidencia constatable a tenor de las múltiples líneas de investigación puestas en marcha desde este sector para ofrecer respuesta a las mayores exigencias que hoy día se les pide a los materiales de construcción. Los pavimentos y revestimientos no son en este sentido una excepción, y los estudios y proyectos enmarcados en este ámbito industrial no vienen sino a demostrar el elevado interés por mejorar las prestaciones, características y aplicaciones de estos productos.

Conseguir una mayor durabilidad, obtener materiales más ligeros con espesor reducido, alcanzar mejoras ambientales durante la fabricación, reutilizar subproductos de construcción, reducir la contaminación en las ciudades o el ruido al paso de los vehículos, así como purificar el interior de los edificios gracias a la aplicación de recubrimientos avanzados son solo algunos ejemplos de las líneas de investigación transitadas en el sector de pavimentos y revestimientos al objeto de ofrecer soluciones con prestaciones cada vez más mejoradas.

Avanzar en el desarrollo de materiales cerámicos más ligeros es uno de los objetivos más perseguidos por la industria y el objetivo principal del proyecto LightCoce, que con la financiación de los fondos H2020 de la UE y bajo la coordinación de la Universidad de Atenas, cuenta con la participación de 26 entidades entre las que se encuentran empresas y centros de investigación de nueve países, entre ellos España, representado por el Instituto de Tecnología Cerámica (ITC). Como explican desde el ITC, “concretamente se está definiendo la estrategia para disponer de materiales cerámicos con nula porosidad abierta y un 15% de reducción de peso, lo que implicará la generación de porosidad cerrada de tamaño de poro controlado durante la fase de cocción”. Esta actividad, junto con el desarrollo de ladrillos y hormigones con micro y nanoporosidad pretende validar el ecosistema de instalaciones y servicios para facilitar a las empresas europeas la puesta en el mercado de estructuras y materiales multifuncionales ligeros, a base de hormigón y cerámica, como ya se ha mencionado.

Según confirman desde el ITC, en los últimos años se ha contemplado un gran aumento de la producción de baldosas de gran tamaño, pero de delgado espesor. Al tratarse de baldosas de un espesor muy reducido, disminuye sensiblemente el consumo de materias primas y energía para su fabricación, además de disminuir su peso, con lo que nos encontramos ante un producto mucho más sostenible. Además, la ligereza del material también supone una ventaja interesante desde el punto de vista arquitectónico, pero también abre un campo mucho más amplio de aplicaciones diferentes a las habituales, tales como su uso como revestimiento de encimeras, mobiliario, fabricación de fregaderos, lavabos y duchas, etc. Si bien es cierto que, según el ITC, podrían aparecer otro tipo de inconvenientes asociados a esta reducción de espesor, algo muy importante a tener en cuenta a fin de evitar que las prestaciones de estas baldosas no cumplan con los requerimientos asociados al uso al que van a ser destinadas.

Precisamente en la investigación sobre las nuevas aplicaciones de los materiales cerámicos de espesor reducido se enmarca el proyecto Thinker, iniciado por el ITC con el apoyo del Instituto Valenciano de Competitividad Empresarial (Ivace) de la GVA a través de una Línea Nominativa a a mediados del año pasado y que finalizará en diciembre de 2021. Thinker pretende buscar y poner en valor nuevas ventajas de este tipo de baldosas, que pueden llegar a tener hasta 3 mm de espesor e identificar usos en los que puedan emplearse, además de definir los requisitos técnicos necesarios en función del uso previsto, ya sea el tradicional como pavimento y/o revestimiento, o ya sean las posibles nuevas aplicaciones.

Posteriormente, a través de este estudio, se va a llevar a cabo una caracterización exhaustiva de las baldosas finas, con el objeto de intentar mejorar y optimizar sus características técnicas de forma que logren cumplir los requisitos necesarios para algunos usos en los que pueden aparecer ciertos problemas derivados de su reducido espesor. Y es que los estudios que viene realizando el ITC sobre el material cerámico de gran formato y delgado espesor han detectado que, si bien el uso de este tipo de material está creciendo en encimeras, baños, y otro tipo de superficies, tiene todavía un amplio nicho de mercado en el pavimento, en donde se podría avanzar mucho más y dar más salida en los mercados. En este contexto de aumentar la fiabilidad de los sistemas cerámicos para pavimentación con baldosas de espesor reducido es en el que se inscribe el proyecto Pavlam, en el que el ITC trabaja contando también en este caso con el apoyo del Ivace a través de los fondos europeos Feder de Desarrollo Regional.

Su objetivo general es generar el conocimiento necesario para mejorar las prestaciones de las láminas cerámicas (baldosas cerámicas de reducido espesor y generalmente gran formato) para fomentar su uso en pavimentos, prioritariamente de tránsito peatonal, para posteriormente transferir a las empresas cerámicas estos estudios y metodologías, a fin de que aborden con garantías el desarrollo o adaptación de productos o sistemas cerámicos que abran mercados y ayuden a aumentar las ventas.

“Existen ya algunas empresas que están comercializando este tipo de láminas cerámicas en pavimentos, llegando a un espesor de unos 6 mm, y nos gustaría poder llegar a su uso en pavimento incluso con 3 mm de espesor, no sabemos si lo lograremos, y por eso hemos planteado este proyecto”, explican desde el ITC, “pero necesitamos, por una parte, conocer las prestaciones para pavimento de las baldosas cerámicas actuales de bajo espesor a nivel individual, así como en conjunto con los sistemas y materiales utilizados actualmente, así como identificar materiales con otras funcionalidades y sistemas compatibles con las baldosas cerámicas de bajo espesor, susceptibles de mejorar las prestaciones mecánicas y de estabilidad del conjunto”.

Se trata, en definitiva, de poner a disposición de las empresas cerámicas el conocimiento necesario para asegurar unas adecuadas prestaciones de este tipo de material, a fin de minimizar el riesgo de aparición de problemáticas derivadas de su uso en destino que pudieran surgir, y que pudieran ser debidas a unas prestaciones no optimizadas de la cerámica o también de un diseño inadecuado del sistema en conjunto con las capas o substratos inferiores del lugar en donde ha sido colocado.

En el caso de los pavimentos bituminosos, David Almazán, director del departamento Ingeniería del Terreno de Eptisa, apunta que las mezclas bituminosas Ultradelgadas (Asphalt for Ultrathin Layer-AUTL) o las mezclas bituminosas de tipo SMA (Stone Mastic Asphalt) tienen una gran aceptación, por cuanto “son mezclas con altos contenidos de betún, con respecto a las convencionales, pero con mayores prestaciones en términos de seguridad y comodidad de cara al usuario, así como mayor durabilidad en su conjunto, o lo que es lo mismo, menores costes de conservación y mantenimiento a futuro, un aspecto muy demandado por los gestores de infraestructuras”. La Generalitat de Cataluña o el Ayuntamiento de Madrid son, según Almazán, dos de las administraciones públicas que más están apostando por este tipo de mezclas, junto con Aena y varias concesionarias de autopistas nacionales e internacionales.

Además de la mejora de las prestaciones físico-mecánicas, el sector también investiga en productos con diversas aplicaciones, entre ellas los pavimentos y revestimientos, que presenten simultáneamente un buen comportamiento frente al fuego. En este sentido, Aidimme investiga, en el marco del proyecto WPC+, la obtención de una solución WPC que permita aumentar el uso y la competitividad de los materiales WPC (wood plastic composite). El Ivace aprobó la financiación de este proyecto de I+D cofinanciado con los Fondos Europeos para el Desarrollo Regional (Fondos Feder) que, tras un proceso de análisis de mejora de la optimización de la formulación, ha permitido llevar a cabo la producción de los prototipos cumpliendo así uno de los principales objetivos del proyecto: obtención de nuevos prototipos WPC que presenten simultáneamente buenas prestaciones físico-mecánicas y un buen comportamiento frente al fuego.

Valorización de residuos

David Almazán, de Eptisa, explica que las nuevas tendencias de pavimentación emplean cada vez más aditivos, vía seca o semihúmeda, dependiendo del caso, para mejorar prestaciones en cuanto a durabilidad se refiere principalmente. Estos aditivos son muy variables, pues van desde fibras de celulosa a polímeros procedentes de los neumáticos fuera de uso. “Este último caso es especialmente interesante -recalca Almazán- porque en determinadas proporciones permite modificar la reología de la mezcla bituminosa para conferirle capacidad anti-fisuras y características sonoreductoras. Además emplea el residuo del caucho de los neumáticos que han agotado su vida útil, debidamente triturado (en formato nanométrico) y tratado, reutilizándolo y valorizándolo en las nuevas rodaduras. De esta forma se consigue diseñar una mezcla, que por su alta viscosidad, dificulta la formación de fisuras, reduce el ruido al paso de vehículos, con el consiguiente beneficio para las edificaciones cercanas a la vía, ejerce de vertido de subproductos, y que en situación futura es, a su vez, perfectamente reciclable”.

Desde que se llevara a cabo la primera aplicación en España, ya se cuenta con más de 1.600 km de tramos de carretera asfaltada con polvo de caucho procedente del neumático fuera de uso. Por otra parte, también existen tecnologías de pavimentación que permiten reciclar el 100% de la mezcla bituminosa, a través de reciclados in situ con emulsión y agentes rejuvenecedores del betún.

Por lo que se refiere a la industria cerámica, su desarrollo tecnológico alcanzado posibilita la incorporación de un amplio abanico de residuos procedentes de múltiples sectores (lodos de la industria textil, cenizas de la combustión de biomasa, residuos de vidrio procedentes de lámparas o pantallas, etc.), que podría expandirse todavía más a través de la promoción de sinergias entre distintos sectores industriales.

Un claro ejemplo en esta línea lo representa el proyecto europeo Life Eggshellence: A potential raw material for ceramic wall tiles, aprobado por la CE dentro del programa Life y que vincula a dos sectores productivos muy diferentes: los de producción y procesado de huevos y el de producción cerámica. Ambos sectores han establecido una simbiosis industrial en concordancia con los principios de la economía circular, en este caso reutilizando los residuos de miles de toneladas de cáscaras de huevo que se producen cada año para procesarlos como materia prima en la fabricación de azulejos cerámicos.

Según la investigadora principal de este proyecto en el ITC, la doctora Francisca Quereda, “la idea surge al identificar un problema en la industria del procesamiento de huevos, ya que se estima que en Europa se generan alrededor de 150.000 toneladas de cáscaras de huevo cuyo destino son los vertederos. A menudo producen problemas, como malos olores o crecimiento de bioorganismos que suscitan quejas o denuncias. Los dos países involucrados en este proyecto, España y Portugal, están produciendo actualmente 5.500 toneladas al año de residuos de cáscaras de huevo, en el caso de Portugal y 16.000 toneladas al año, en el caso de España. Si a ello añadimos los costes de transporte de estos residuos a los vertederos, que se situarían en torno a los 25-60 euros por tonelada, se alcanzarían unos costes añadidos de entre 50 y 100.000 euros al año”.

La necesidad de proteger las materias primas vírgenes y no renovables junto a la experiencia previa de los integrantes de este proyecto en el ámbito del procesamiento de cerámica y valorización de residuos, ha animado al consorcio a tratar de demostrar la viabilidad técnica de la utilización de la cáscara de huevo como materia prima secundaria en la producción de azulejos de cerámica, ya que el carbonato cálcico que contiene la cáscara de huevo se utiliza en las composiciones cerámicas.

“Si tenemos éxito”, explica Francisca Quereda, “este proyecto redundará en beneficios económicos, tanto para la industria de transformación de huevos como para la industria cerámica, pero también en beneficios ambientales, ya que contribuirá a la aplicación de la Directiva marco sobre residuos (Directiva 2008/98/CE) siguiendo los objetivos y metas de la Hoja de Ruta para una Europa eficiente en el uso de los recursos, entre otros muchos aspectos más”. Si hasta marzo de 2024, fecha en la que concluye Life Eggshellence se lograran los propósitos establecidos, se podrán reciclar 5.400 toneladas al año de producción de cáscara de huevo de Portugal, ya que las dos principales empresas de procesamiento de huevos de este país están involucradas en la réplica del proyecto, mientras que en España se alcanzarían las 5.600 toneladas/año de producción total de cáscara de huevo recicladas, además de alcanzar la economía circular entre dos sectores que generarán dos nuevas cadenas de valor y nuevos modelos de negocio que se pueden replicar a escala internacional.

Materiales descontaminantes

La sociedad demanda un salto tecnológico adicional que se traduce en apostar por la sostenibilidad, aprovechando al máximo los recursos naturales y tecnológicos disponibles, sin renunciar al confort y a la seguridad. En este ámbito, la tecnología fotocatalítica viene demostrando desde hace tiempo sus propiedades descontaminantes, autolimpiantes, bactericidas y desodorizantes, con lo cual su uso en pavimentos y revestimientos está cobrando mucho interés por parte de promotores de obra pública y también privada. “Y no solo para pavimentos exteriores, sino también para interiores”, como apunta David Almazán, de Eptisa.

En el caso de los pavimentos exteriores, el Ecobarrio de la Rosilla, y varias calles de los distritos de Villaverde y Chamberí en Madrid ya son fotocatalíticos, al igual que lo son los pavimentos peatonales de la Avenida Diagonal, las calles aledañas del Mercado de Sants o el Puerto de Mataró en Barcelona, o el Paseo del Soho de Málaga y el carril bus de la Alameda Principal, por citar algunos ejemplos.

El reto de este tipo de pavimentos reside en la realización de un buen diseño de la mezcla, teniendo en cuenta los parámetros habituales de toda rodadura, más la resistencia al envejecimiento, la adherencia al soporte, la resistencia al desgaste y la eficiencia descontaminante a largo plazo. Para este último aspecto, empresas de ingeniería especialistas en la materia, como Eptisa, han desarrollado un equipo multi-ensayo de control de eficiencia fotocatalítica, que permite la realización tanto de ensayos a escala reducida, como ensayos in situ a escala real.

La purificación del interior de los edificios gracias a la aplicación de recubrimientos avanzados es el objetivo de la iniciativa Ambicoat, coordinada por el Instituto Tecnológico del Plástico (Aimplas). Concretamente, desde el ITC explican que “estos estudios han permitido diseñar un sistema capaz de medir la eficacia de los materiales desarrollados para la degradación del formaldehído. Este sistema es versátil y permite evaluar las prestaciones de los recubrimientos en diferentes condiciones ambientales similares a las que pueden encontrarse tanto en ambientes interiores como en exteriores”. Concretamente, se trata de recubrimientos con aplicación en suelos, mobiliario, pintura decorativa, composites y cerámica basados en compuestos organometálicos porosos (MOFs) que permiten fotodegradar el formaldehído.

Pavimentos generadores de energía

En diciembre de 2016 se inauguró el primer pavimento solar del mundo, un proyecto realizado en Francia y denominado Wattway. Como explica David Almazán, de Eptisa, “este pavimento fotovoltaico permite generar energía eléctrica para múltiples usos (cargar las baterías de los vehículos eléctricos, semáforos, edificios de conservación, vecindarios, etc.) y es compatible con todo tipo de vehículos”. La rodadura está formada por fragmentos de cristal embebidos en una resina traslúcida y células fotovoltaicas adheridas al soporte por una resina especial. La ventaja principal de este sistema es el aprovechamiento de la energía eléctrica que se genera por efecto de la luz del sol, dado que el pavimento solo es ocupado por vehículos durante un 10% del día.

Desde entonces, la escalada de desarrollos y propuestas de pavimentos generadores de energía se ha evidenciado como una línea de investigación de sumo interés y aceptación, en línea con el objetivo de avanzar en el cambio de modelo energético y apostar por la autogeneración y el autoconsumo para un futuro más sostenible. En esta línea, el Ayuntamiento de Barcelona ha instalado recientemente, como prueba piloto, un pavimento solar de 50 m2 que generará energía eléctrica en la plaza de las Glòries. La propuesta ha sido la ganadora del reto municipal 'Pavimentos generadores', con la que el ayuntamiento quiere encontrar soluciones innovadoras para generar energía renovable en las infraestructuras de la ciudad, y analizar la viabilidad de su implantación en calles, plazas y vías de acceso a Barcelona.

El pavimento fotovoltaico está fabricado con materiales reciclados y producirá una energía equivalente a la consumida por tres viviendas. La instalación generará 7.560 kWh/año, el consumo anual de tres hogares, que se monitorizará en tiempo real para controlar la eficiencia del sistema. Se trata de un vidrio altamente resistente y antideslizante conectado a módulos fotovoltaicos y cableado que verterá la energía a la red general.

Por su parte, una bajada de la temperatura en superficie entre 7 ºC y 11 ºC ha sido el resultado de los primeros análisis del pavimento instalado en los primeros meses de 2020 en seis calles de la ciudad de Murcia, un proyecto pionero que se enmarca en la iniciativa europea ‘Life Heatland’. A partir de las mediciones efectuadas por los cuatro dispositivos de control instalados en el área asfaltada (un total de 24.000 m2), así como de los ensayos realizados in situ regularmente se ha podido determinar que la temperatura media de la superficie del pavimento reflectante es más baja que la del asfalto convencional, y que además reduce el nivel del ruido ambiental de la zona en tres decibelios. 

Asimismo, los resultados iniciales apuntan que la luminancia se duplica respecto al asfalto convencional, lo que hace estas vías mucho más visibles para los conductores y viandantes y, por tanto, en la práctica supondrá -según la previsión inicial- un ahorro del 5% en el alumbrado público. Además, la reflectancia solar inicial es cuatro veces superior, lo que implica que absorberá menos calor disminuyendo la temperatura del aire hasta 1,5 °C. Esto implicará también un ahorro de energía indirecto en dispositivos de refrigeración de, aproximadamente, un 7%.

En el ámbito de los pavimentos y revestimientos, Tecnalia también ha trabajado en la formulación de recubrimientos fotoluminiscentes/reflectantes, en este caso para pavimentos carril-bici en base acuosa, diseñados para aumentar la visibilidad de zonas de cruce o delimitar espacios en estos pavimentos. Las propiedades objetivo eran una adecuada durabilidad, tanto frente a los agentes atmosféricos como al desgaste por rodadura; y también, era necesario que la pintura mostrara propiedades generales tales como adherencia al sustrato, superficie antideslizante o dureza.

Cabe destacar que el proyecto en el que se realizó este recubrimiento tenía además otra parte, basada esta vez en la señalética inteligente: se desarrolló una solución de monitorización de cruces de carriles bici, con el objetivo de realizar el conteo de las bicicletas que cruzan el carril bici, e identificar la dirección de las mismas.

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Este artículo aparece publicado en el nº 569 de CIC, págs. 72 a 76.