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BcnRail INNOVA Proyectos estratégicos ferroviarios de I+D+i

USO DE MATERIALES RECICLADOS EN INFRAESTRUCTURAS FERROVIARIAS

PRESENTACIÓN DEL LABORATORIO LabIC.UGR

Nº Expediente: PTR-2014-0351

Miguel del Sol Sánchez Dr. Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos

Laboratorio de Ingeniería de la Construcción. Universidad de Granada

CONTENIDO

1. Presentación LabIC.UGR

1.1 Equipamiento y ensayos de materiales

1.2 Algunas experiencias desarrolladas en LabIC.UGR

2. Proyecto «The use of waste materials in railway».

Proyecto Europeo SUP&R ITN 2.1 Presentación del proyecto

2.2 Plan de trabajo

2.3 Avance de resultados

ETS ICCP Univ. Granada


LabIC.UGR se encuentra ubicado en la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de

Caminos, Canales y Puertos de la Universidad de Granada

Laboratorio de Ingeniería de la Construcción

Campus de Fuentenueva Avda. Severo Ochoa s/n

18071 Granada [email protected]

958 244945/958 244943

UBICACIÓN Y CONTACTO


mailto:[email protected]


LabIC.UGR es un grupo de investigación multidisciplinar: - Ingenieros de Caminos, C. y P. -Químicos -Físicos -Laborantes

RECURSOS HUMANOS Amplia experiencia investigadora en el ámbito de la ingeniería civil, desarrollando un gran número de proyectos de I+D en colaboración con empresas y organismos tanto en el ámbito nacional como internacional. Como resultados de esta actividad investigadora, LabIC.UGR cuenta con tecnología propia y métodos de ensayo para el estudio de materiales para las infraestructuras del transporte.

EXPERIENCIA



LabIC.UGR

Firmes de carreteras

Estudio de mezclas bituminosas

PRINCIPALES ÁREAS DE INVESTIGACIÓN


• Estudio del comportamiento mecánico

• Mezclas bituminosas sostenibles

• Diseño de soluciones específicas

• Evolución y evaluación de pavimentos

• Estudio ambiental y económico

• Dimensionamiento avanzado de Firmes


LabIC.UGR

Vías de ferrocarril

Estudio de componentes

PRINCIPALES ÁREAS DE INVESTIGACIÓN


• Estudio del comportamiento de componentes

• Nuevos componentes sostenibles

• Diseño de soluciones específicas

• Técnicas de mantenimiento más eficientes

• Seguimiento del deterioro de vía

• Análisis de ruido y vibraciones


1.1 EQUIPAMIENTO Y ENSAYOS DE MATERIALES




Materiales bituminosos


Equipos para el estudio de componentes

Equipos para el mástico

Equipos para mezcla bituminosa

Capas simples

Secciones completas



Ligantes y másticos

Estudio del comportamiento reológico frente a temperatura (frequency sweep, amplitude sweep)

Binder Creep & Recovery test Estudio de envejecimiento de ligantes

Ensayos tradicionales de caracterización de

ligantes (penetración, anillo & bola, viscosidad, etc.)

Cohesividad (pérdida de partículas, etc.)




Mezclas bituminosas

Análisis Marshall

Sensibilidad al Agua

Ensayo de rodadura

Ensayo de rigidez

Ensayo Cántabro

Módulo dinámico

Ensayo triaxial

Ciclos de congelación/descongelación




Mezclas bituminosas

Análisis de compactación con giratoria

Deformaciones plasticas bajo agua (Hamburgo)

Drenabilidad

Resistencia al deslizamiento

Resistencia a presiones insterticiales y pérdida de áridos




Mezclas bituminosas

Resistencia a fractura a bajas temperaturas

Ensayos de Fatiga

Modelización mecánica por elementos finitos y elementos discretos

Estudios de temperatura con cámara infrarojos




Mezclas bituminosas

Tecnología propia: método de ensayo UGR-FACT para el estudio a del

comportamiento mecánico de mezclas bituminosas desarrollado por LabIC.UGR




Infraestructura ferroviaria


Equipos para el estudio de los componentes Equipos para el estudio de secciones



Placas de asiento

Rigidez estática

Rigidez dinámica Resistencia a fatiga

Atenuación de impactos

Resistencia al deterioro y a

condiciones climáticas desfavorables Resistencia a la tracción




Sujeción

Rigidez vertical

Comportamiento ante cargas repetidas

Resistencia al desplazamiento longitudinal

Resistencia a la torsión

Medida de la fuerza de apriete

Resistencia a la fatiga




Traviesas

Resistencia bajo carril

Resistencia a la flexión negativa (sección central)

Resistencia a la flexión positiva

(sección central)

Comportamiento dinámico


Resistencia a la degradación del material




Suelas bajo traviesas

Rigidez estática

Rigidez dinámica


Resistencia al arrancamiento Resistencia a la tracción

Resistencia al deterioro y a

condiciones climáticas desfavorables




Balasto

Deflexión del conjunto

Rotura de partículas

Contaminación de la capa

Capacidad drenante del sistema

Disipación de tensiones

Tareas de mantenimiento




Mantas bajo balasto

Rigidez estática

Rigidez dinámica

Resistencia a la fatiga Resistencia a la

tracción

Resistencia a los efectos climáticos




Sub-balasto

Subbalasto granular y bituminoso

Caracterización física y mecánica de los materiales

Capacidad drenante

Distribución de tensiones

Resistencia al punzonamiento

Efecto de las condiciones climáticas

(humedad, temperatura, etc.)




Sección completa

Escala 1:10

Escala 1:1 Escala real



1.2 ALGUNAS EXPERIENCIAS DESARROLLADAS EN LABIC.UGR


Mezclas bituminosas

Optimización de la respuesta mecánica. Firmes de larga duración

Efecto de los betunes modificados en el comportamiento de la mezcla

Estudio del comportamiento a fisuración de firmes bituminosos

Valorización de residuos en la fabricación de las mezclas

Desarrollo de mezclas bituminosas a baja temperatura

Desarrollo de soluciones para otras infraestructuras (puertos, FF.CC., etc.)




Mezclas bituminosas










Mezclas bituminosas





Desarrollo de mezclas bituminosas a baja temperatura Desarrollo de

soluciones para otras infraestructuras (puertos, FF.CC., etc.)





Soluciones para reducir el deterioro de la vía

Estudios sobre tareas de mantenimiento

Optimización del comportamiento de la vía

Desarrollo de soluciones específicas para la vía ferroviaria

Valorización de residuos en la infraestructura ferroviaria



“Análisis del efecto de las características de cada componente en la respuesta y durabilidad de la sección ferroviaria”




“Estudio de soluciones sostenibles para alargar la vida de servicio de la capa de balasto”

Análisis del efecto de incluir partículas de caucho procedentes de NFU como áridos flexibles entre el balasto para su uso en vías ferroviaria

2014 - 2015

Proyecto de Colaboración con la Universidad de Nottingham (Reino Unido)




“Estudio de soluciones sostenibles para alargar la vida de servicio de la capa de balasto”

Análisis del efecto de incluir partículas de caucho procedentes de NFU como áridos flexibles entre el balasto para su uso en vías ferroviaria

Sol-Sánchez, M.; Thom, N.H.; Moreno-Navarro, F.; Rubio-Gámez, M. C.; Airey, G.D. “A

study into the use of crumb rubber in railway ballast” Journal of Construction and

Building Materials, 64, 150-156, 2014

Sol-Sánchez, M.; Thom, N.H.; Moreno-Navarro, F.; Rubio-Gámez, M. C.; Airey, G.D. “The

use of crumb rubber as elastic aggregates in ballasted tracks: a laboratory approach”

International Conference on Railway Engineering, 2015, Edinburgh, Scotland.




“Estudio y desarrollo de tareas de mantenimiento para vías sobre balasto”

Estudio de distintas alternativas para el mantenimiento de vías sobre balasto, y desarrollo de soluciones alternativas

2014 - 2016

Financiación del plan propio




Sol-Sánchez, M.; Pirozzolo, L.; Moreno-Navarro, F.; Rubio-Gámez, M.C.

“Reducing railway maintenance: the effectiveness of combining stoneblowing

technique with rubber elements from waste tires”. Conference in the TRB 2016,

Washington D.C.

Sol-Sánchez, M.; Moreno-Navarro, F.; Pirozzolo, L.; Rubio-Gámez, M.C. “Stone-

rubber Blowing: a new maintenance task for railway tracks”. 3rd Conference on

Railway Technology, 2016, Cagliari, Italy.

“Estudio y desarrollo de tareas de mantenimiento para vías sobre balasto”

Estudio de distintas alternativas para el mantenimiento de vías sobre balasto, y desarrollo de soluciones alternativas




“Análisis del efecto de la arena del desierto en la respuesta y

durabilidad de los componentes ferroviarios”

“Desarrollo de componentes ferroviarios con diversas

funcionalidades”




“Diseño y puesta en valor de paneles antivibración fabricados con material secundario procedente de neumáticos usados para su

aplicación en infraestructuras ferroviarias” Diseño y desarrollo de elementos elásticos a partir de capas de NFU

2011 - 2014 Presupuesto: 528.656,62 €




“Diseño y puesta en valor de paneles antivibración fabricados con material secundario procedente de neumáticos usados para su

aplicación en infraestructuras ferroviarias” Diseño y desarrollo de elementos elásticos a partir de capas de NFU

Sol-Sánchez, M.; Moreno-Navarro, F.; Rubio-Gámez, M. C. “Viability of using end-of-life

tire pads as under sleeper pads in railway” Journal of Construction and Building

Materials, 64, 150-156, 2014

Sol-Sánchez, M.; Moreno-Navarro, F.; Rubio-Gámez, M. C. “Viability analysis of

deconstructed tires as material for rail padss in high-speed railways” Materials &

Design, 64, 407-414, 2014

Sol-Sánchez, M.; Moreno-Navarro, F.; Rubio-Gámez, M. C. “The use of deconstructed

tire rail pads in railroad tracks: Impact of pad thickness” Materials & Design, 58, 198-

203, 2014




“Sustainable Pavement & Railway Initial Training Network” Estudio y desarrollo de soluciones sostenibles para firmes de carreteras y

componentes para la infraestructura ferroviaria

2014 - 2017 Presupuesto: 4.066.597,00 €


CONTENIDO


1.1 Equipamiento y ensayos de materiales

1.2 Algunas experiencias desarrolladas en LabIC.UGR

2. Proyecto «The use of waste materials in railway».

Proyecto Europeo SUP&R ITN 2.1 Presentación del proyecto

2.2 Plan de trabajo

2.3 Avance de resultados


Enmarcado dentro del proyecto europeo

“Sustainable Pavement &

Railway International Training Network”

2. Proyecto «The use of waste materials in railways»


2. «The use of waste materials in railway tracks»

2.1 PRESENTACIÓN DEL PROYECTO

Participantes

10 Socios principales

• 5 Universidades • 1 Centro de investigación • 4 Empresas

20 Socios colaboradores

• 4 Universidades • 1 Centro de investigación • 9 Empresas • 2 PyMES • 5 Organizaciones Europeas




Estructura

Local Training through Research

WP1&WP2 Pavement & Railway

technologies

WP3

Sustainability assessment

WP4 Network wide

training

WP5 Management

WP6 Comunicaction




Estructura

6 p

roye

cto

s ETS ICCP Univ. Granada



Estructura

WP2 Coordinator: LabIC.UGR

University of Granada




Vía tradicional sobre balasto Vía sobre balasto, con subbalasto bituminoso

Tendencia

Ventajas:

- Mayor capacidad portante - Menor permeabilidad - Menor contaminación balasto - Mayor protección de la plataforma




Reutilización de materiales en la fabricación de sub-balasto bituminoso

Reutilización de materiales en mezclas bituminosas para firmes de carreteras

Amplia experiencia de LabIC.UGR en el estudio de materiales bituminosos



2.2 PLAN DE TRABAJO

1. Caracterización avanzada de la solución convencional

2. Diseño óptimo de soluciones alternativas

Sub-balasto bituminoso

3. Diseño de sub-balasto a baja temperatura

4. Valorización de residuos en sub-balasto a baja temperatura



2.2 PLAN DE TRABAJO





4. Valorización de residuos en sub-balasto a baja temperatura

Sostenible2

Doble beneficio medioambiental



2.2 PLAN DE TRABAJO


SOLUCIÓN ACTUAL (generalmente):

Hormigón bituminoso (AC 22 S) «similar a las mezclas para carreteras» Contenido betún : +0,5% óptimo mezclas para carreteras

Espesor de la capa 12-15 cm

Contenido huecos 1-3%




2.2 PLAN DE TRABAJO

Sub-balasto bituminoso 1. Caracterización avanzada de la solución convencional



2.2 PLAN DE TRABAJO


Contacto

800 kPa Tráfico rodado

Contacto

100 kPa Contacto puntual




2.2 PLAN DE TRABAJO


Diseño y caracterización a nivel de mezcla bituminosa

Marshall Sensibilidad al agua Módulo de rigidez

Resistencia a deformaciones plásticas

Distintos métodos/condiciones Comparativa con sub-balasto granular

Triaxial Punzonamiento




2.2 PLAN DE TRABAJO

Sub-balasto bituminoso 1. Caracterización avanzada de la solución convencional

Capacidad portante y distribución de tensiones

Distintas condiciones Comparativa con sub-balasto granular

Impermeabilización

Comparativa con sub-balasto granular


Distintas condiciones

Estudio a escala 1:1

Distintas condiciones Comparativa con sub-balasto granular



2.2 PLAN DE TRABAJO

Sub-balasto bituminoso 2. Diseño óptimo de soluciones alternativas

Influencia del espesor de capa (reducir espesor i.e. 8, 10 y 12 cm)

Efecto de la temperatura (climas extremos, i.e. altas temperaturas 40, 60ºC)

Uso de diferentes betunes (i.e. betunes modificados para alargar la vida de servicio de la vía)

e



2.2 PLAN DE TRABAJO


Influencia del espesor de capa (reducir espesor i.e. 8, 10 y 12 cm)

Uso de diferentes betunes (i.e. betunes modificados para alargar la vida de servicio de la vía)

e Desarrollo de soluciones sostenibles


Efecto de la temperatura (climas extremos, i.e. altas temperaturas 40, 60ºC)



2.2 PLAN DE TRABAJO

Sub-balasto bituminoso 3. Diseño de sub-balasto a baja temperatura

Sub-balasto fabricado a baja temperatura Similar diseño de la mezcla bituminosa, pero… Reducción de temperatura de fabricación de 160ºC a 135ºC Uso de aditivos para mejorar la trabajabilidad de la mezcla y mejorar sus prestaciones mecánicas

AHORRO ENERGÉTICO REDUCCIÓN DE EMISIONES DESCENSO DE RIESGO PARA LOS TRABAJADORES «AHORRO ECONÓMICO»



2.2 PLAN DE TRABAJO


Análisis comparativo

Sub-balasto bituminoso a baja Tª

Sub-balasto bituminoso convencional

Sub-balasto granular




2.2 PLAN DE TRABAJO

Sub-balasto bituminoso 4. Valorización de residuos en sub-balasto a baja temperatura

Selección del residuo más apropiado

Mezcla bituminosa con residuos

Subbalasto bituminoso, con residuos y fabricado a baja temperatura



2.2 PLAN DE TRABAJO

Sub-balasto bituminoso 4. Valorización de residuos en sub-balasto a baja temperatura

Reciclado a baja temperatura en sub-balasto bituminoso

Caracterización del material reciclado Diseño de la mezcla bituminosa incorporando resid. Estudio del comportamiento de la mezcla Análisis de la respuesta del sub-balasto B

aja

tem

per

atu

ra Granulometría, contenido ligante, etc.

Emulsión, contenido huecos, etc.

Marshall, SH2O, def. plásticas, etc.

Fisuración, resistencia, escala 1:1, etc.

Comparativa con soluciones convencionales



2.3 AVANCE DE RESULTADOS

Caracterización de la solución convencional y efecto de la Tª

Propiedades Subbalasto

bituminoso

Contenido de betún (% sobre el peso total de la mezcla) 4,25 Densidad máxima EN 12697-5 (Mg/m3) 2,643 Densidad aparente EN 12697-6 (Mg/m3) 2,567 Contenido huecos EN 12697-8 (%) 2,8 Estabilidad Marshall NLT-159 (kN) 11,85 Deformación Marshall NLT-159 (mm) 3,9 Índice de resistencia conservada tras inmersión en agua

EN 12697 (%) 86

Rigidez a 25°C EN 12697-26 (MPa) 5.338,76





Mó

du

lo d

e fl

uen

cia:

2

53

.2 M

Pa

Mó

du

lo d

e fl

uen

cia:

2

52

.6 M

Pa

Mó

du

lo d

e fl

uen

cia:

1

21

.6 M

Pa

Mó

du

lo d

e fl

uen

cia:

7

5.3

3 M

Pa

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

G.S. B.S. 25ºC B.S. 40ºC B.S. 60ºC

Pen

die

nte

de

def

orm

ació

n

Def

orm

ació

n p

erm

anen

te (

%)

Sample 1 P.D. Sample 2 P.D. Average S.C.D.





0

25

50

75

100

125

150

175

200

225

20 50 150 250 Dynamic

Pre

sió

n b

ajo

su

b-b

alas

to

(KP

a)

Tensión sobre sub-balasto (KPa)

B.S. 15ºC B.S. 25ºC B.S. 40ºC G.S.

Estático

Dinámico





k = 2.39E-06 m/s

k = 5.73E-07 m/s

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000

Flu

jo (

x10

-6 m

3/s

)

Tiempo (s)

Granular subballast Bituminous subballastSub-balasto Granular Sub-balasto Bituminoso





0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 50000 100000 150000 200000

Asi

ento

(m

m)

Ciclos

Granular subballast

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0 50000 100000 150000 200000

Mó

du

lo d

e ri

gid

ez (

N/m

m3

)

Ciclos

Bituminous subballast




Sub-balasto bituminoso a baja temperatura

Propiedades Subbalasto

caliente

Subbalasto

baja Tª

Contenido de betún (% sobre el peso total de la

mezcla) 4,25 4,25

Densidad máxima EN 12697-5 (Mg/m3) 2,643 2,596

Densidad aparente EN 12697-6 (Mg/m3) 2,567 2,657

Contenido huecos EN 12697-8 (%) 2,8 2,3

Estabilidad Marshall NLT-159 (kN) 11,85 8,74

Deformación Marshall NLT-159 (mm) 3,9 3,7

Índice de resistencia conservada tras inmersión en

agua EN 12697 (%) 86,0 93,1

Rigidez a 25°C EN 12697-26 (MPa) 5.338,76 4669,63





0,00E+00

5,00E-05

1,00E-04

1,50E-04

2,00E-04

2,50E-04

0

1

2

3

4

5

6

WMA 25ºC HMA 25ºC G.S.

Pen

die

nte

de

def

orm

ació

n

Def

orm

ació

n p

erm

anen

te (

mm

)

Initial deformation Slope of the curve in the stable phaseDeformación inicial Pendiente de deformación estable





0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

WMA HMA G.S.

Ev (

MPa

)

Static modulus Dynamic modulusMódulo estático Módulo dinámico 0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

WMA HMA G.S.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Pre

sió

n e

stát

ica

baj

o s

ub

-bal

asto

(kP

a)

Pre

sió

n d

inám

ica

baj

o s

ub

-bal

asto

(kPa

)

Static stress Dynamic stressPresión estática Presión dinámica


BcnRail INNOVA Proyectos estratégicos ferroviarios de I+D+i

Nº Expediente: PTR-2014-0351

CONTACTO:

Miguel del Sol Sánchez

ETSICCP.

Universidad de Granada

Email: [email protected]

Tlf: +34 958249445

Web: labic.ugr.es

mailto:[email protected]

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