Estudio de soluciones para la construcción y mantenimiento de superestructuras ferroviarias mediante criterios de sostenibilidad y análisis del ciclo de vida. Aplicación a la línea de alta velocidad Madrid-Norte de España

Abstract

[EN] The transport sector is one of the largest contributors to global energy consumption and pollutant emissions. In order to reduce these impacts, the use of rail as a means of transport is usually promoted, due to its high efficiency. However, this requires the construction of new infrastructure, which in itself also causes great impacts.

In order to reduce them, a study of solutions for the railway platform through the use of multi-criteria analysis techniques that consider the three pillars of sustainability, i.e. the economy, the environment and society, is proposed. To quantify them, the methodology of life cycle analysis is used, evaluating both the construction and maintenance throughout the service life of the considered alternatives.

With regard to the practical case of application, it is located on the high-speed line from Madrid to northern Spain, particularly in the Autonomous Community of Navarre. The possibility of using the ballastless track, used on the high-speed lines in Germany and Japan, is evaluated, selecting the two most representative models used in Spain, as opposed to the conventional ballasted track, the typology commonly used in Spain.

The results obtained show that, despite the fact that the cost and initial impacts of ballastless tracks are significantly greater than those of ballasted track, in the order of 40% higher, due to their low maintenance needs, if the complete life cycle of the infrastructure is considered, these are more sustainable solutions with lower long-term impacts.

Finally, in order to further reduce its cost and impacts, heuristic optimisation of the cross-section is carried out using Kriging metamodels, obtaining significant reductions of the order of 7%.

[CA] El sector del transport és un dels majors contribuïdors al consum d'energia i a les emissions contaminants a nivell global. Per a disminuir aquests impactes, se sol promoure l'ús del ferrocarril com a mitjà de transport, a causa de la seua elevada eficiència. No obstant això, per a això es requereix la construcció de nova infraestructura, que de per si mateix també causa grans impactes.

Per a reduir-los, es planteja un estudi de solucions per a la plataforma ferroviària mitjançant l'ús de tècniques d'anàlisi multicriteri que consideren els tres pilars de la sostenibilitat, és a dir, l'economia, el medi ambient i la societat. Per a quantificar-los, s'empra la metodologia de l'anàlisi del cicle de vida, avaluant tant la construcció com el manteniment al llarg de la vida útil de les alternatives considerades.

Respecte al cas pràctic d'aplicació, se situa en la línia d'alta velocitat de Madrid cap al Nord d'Espanya, particularment, en la Comunitat Foral de Navarra. S'avalua la possibilitat d'emprar la via en placa, empleada en les línies d'alta velocitat a Alemanya i el Japó, seleccionant els dos models més representatius i empleats a Espanya, enfront de la via convencional sobre balast, la tipologia habitualment utilitzada a Espanya.

Els resultats obtinguts mostren que, a pesar que el cost i els impactes inicials de les vies en placa siguen significativament majors que els de la via sobre balast, de l'ordre d'un 40% superiors, a causa de les seues baixes necessitats de manteniment, si es considera el cicle de vida complet de la infraestructura, es tracta de solucions més sostenibles i amb menors impactes a llarg termini.

Finalment, per a reduir encara més el seu cost i impactes, es realitza una optimització heurística de la secció transversal mitjançant metamodelos Kriging, obtenint reduccions significatives de l'ordre del 7%.

[ES] El sector del transporte es uno de los mayores contribuidores al consumo de energía y a las emisiones contaminantes a nivel global. Para disminuir estos impactos, se suele promover el uso del ferrocarril como medio de transporte, debido a su elevada eficiencia. Sin embargo, para ello se requiere la construcción de nueva infraestructura, que de por sí también causa grandes impactos.

Para reducirlos, se plantea un estudio de soluciones para la plataforma ferroviaria mediante el uso de técnicas de análisis multicriterio que consideren los tres pilares de la sostenibilidad, es decir, la economía, el medio ambiente y la sociedad. Para cuantificarlos, se emplea la metodología del análisis del ciclo de vida, evaluando tanto la construcción como el mantenimiento a lo largo de la vida útil de las alternativas consideradas.

Respecto al caso práctico de aplicación, se ubica en la línea de alta velocidad de Madrid hacia el Norte de España, particularmente, en la Comunidad Foral de Navarra. Se evalúa la posibilidad de emplear la vía en placa, empleada en las líneas de alta velocidad en Alemania y Japón, seleccionando los dos modelos más representativos y empleados en España, frente a la vía convencional sobre balasto, la tipología habitualmente utilizada en España.

Los resultados obtenidos muestran que, a pesar de que el coste y los impactos iniciales de las vías en placa sean significativamente mayores que los de la vía sobre balasto, del orden de un 40% superiores, debido a sus bajas necesidades de mantenimiento, si se considera el ciclo de vida completo de la infraestructura, se trata de soluciones más sostenibles y con menores impactos a largo plazo.

Finalmente, para reducir aún más su coste e impactos, se realiza una optimización heurística de la sección transversal mediante metamodelos Kriging, obteniendo reducciones significativas del orden del 7%.