APLICACIÓN AL ESTUDIO DE LA RESPUESTA MECÁNICA DE LA CAPA DE SUBBALASTO DE VÍAS FERROVIARIAS FORMADO POR UNA MEZCLA NO BITUMINOSA DE MATERIAL GRANULAR Y PARTÍCULAS PROCEDENTES DE NEUMÁTICOS FUERA DE USO

Abstract

Scrap tyres are a solid waste material which has been generated in large quantities over the last decades. In Spain, between 2000 and 2014 the number of vehicles increased by 30% and a further 3.5% increment is expected for the next fifteen years. Likewise, the number of scrap tyres is also expected to rise within the same order of magnitude. Taking into account the big volume of waste generated, proper disposal and reutilisation management is required, ever more so as scrap tyres are non-biodegradable. Moreover, if simply stockpiled in landfills, further environmental damage may be produced in case of fire as the fumes thus generated carry harmful carcinogenic particles. In order to deal with this problem, a Royal Decree (RD 1481/2001) was approved in July 16, 2006 which completely forbidden landfilling of scrap tyres. Later the same year another Royal Decree (RD 1619/2005) was issued to establish scrap tyres management in Spain. This decree requires reutilisation and recycling plans to be elaborated so as to fully eliminate waste derived from scrap tyres. Nowadays, among the reutilisation options more demanded are tyre remoulding, construction of sport pitches, artificial grass and playpens, and as combustible for cement factories. On the other hand, only 1% of scrap tyres are reused in infrastructure construction. Taking profit of the latest transport plans approved by the European Union, which aim to promote more efficient and environmentally friendly transport means such as railways, this PhD thesis proposes a new and promising alternative: to use rubber particles from scrap tyres as construction material, in the form of unbounded rubber-aggregate mixtures for subballast layers under railway tracks. This option offers two noteworthy environmental advantages. On the one hand, large quantities of a rather problematic and harmful waste material may be reused. On the other hand, the new mixtures proposed help to improve the low resistance to fragmentation of calcareous aggregates, thus allowing the use of such materials in the construction of railway tracks. The objective of this research is to obtain the optimum rubber content for the new mixtures to fulfil all the requirements of subballast layers. Moreover, taking into account the elastic properties of rubber, the potential attenuation of the vibration generated by passing rolling stock is also assessed. As a complementary research, rubber-natural soil mixtures are studied as well so as to evaluate their viability as construction material for embankment cores.

El neumático fuera de uso es un residuo sólido que se está generando en grandes cantidades en las últimas décadas. En España, entre los años 2000 y 2014 el parque de vehículos se incrementó en un 30%, y se prevé un aumento del 3.5% para los próximos quince años. Estos datos ponen de manifiesto que el número de neumáticos fuera de uso se incrementará en el mismo orden. Dado el gran volumen de residuo generado, es necesario realizar una gestión de retirada y reutilización de este residuo, al tratarse de una material no biodegradable. Además representa una gran amenaza medioambiental si este residuo termina en vertederos incontrolados, ya que en caso de incineración, los humos que se desprenden arrastran partículas cancerígenas que pueden provocar problemas de salud. Para atajar este problema, el 16 de julio de 2006 entró en vigor el Real Decreto 1481/2001, por el que se prohíbe el depósito en vertedero. A finales de este mismo año también entró en vigor el Real Decreto 1619/2005, sobre la gestión de neumáticos fuera de uso en España, el cual establece que se elaboren planes de reutilización y reciclado para eliminar el total de los residuos derivados de los neumáticos de desecho. En la actualidad, entre las medidas de reutilización más demandadas está el recauchutado, la construcción de pistas deportivas y campos de césped artificial, parques infantiles, y como combustible para centrales de fabricación de cemento. En cambio, en el sector de la construcción se reutiliza menos del 1%. Aprovechando la predisposición de los últimos planes de transporte de la Unión Europea por promover aquellos modos de transporte más eficientes y respetuosos con el medioambiente, como es el ferrocarril, la presente Tesis Doctoral plantea una alternativa adicional y prometedora: el uso de partículas de caucho procedentes de la trituración de los neumáticos como material de construcción, en forma de mezclas de caucho con áridos sin ningún tipo de ligante para ser utilizado como capa de subbalasto en vías ferroviarias. Esta opción ofrece dos ventajas medioambientales importantes. Por un lado, permite la reutilización de grandes cantidades de este residuo considerado peligroso y problemático. Por otro lado, dicha mezcla contribuye a la mejora de la baja resistencia de fragmentación de los áridos calcáreos, pudiendo de esta manera ser reutilizados en capas de asiento en las vías ferroviarias. El objetivo de esta investigación se centra en la obtención del contenido óptimo de caucho para que el nuevo geomaterial cumpla los requerimientos para su uso como capa de subbalasto, y además, dadas las propiedades elásticas del caucho, evaluar el potencial de atenuación de las vibraciones que se generan al paso del tráfico ferroviario. Como investigación complementaria, se han realizado un estudio con mezclas de caucho y suelo natural para comprobar la viabilidad de utilización en núcleos de terraplén.

El pneumàtic fora d'ús és un residu sòlid que s'està generant en grans quantitats en les últimes dècades. A Espanya, entre els anys 2000 i 2014 el parc de vehicles es va incrementar en un 30%, i es preveu un augment del 3.5% per als pròxims quinze anys. Estes dades posen de manifest que el nombre de pneumàtics fora d'ús s'incrementarà en el mateix orde. Donat el gran volum de residu generat, és necessari realitzar una gestió de retirada i reutilització d'este residu, al tractar-se d'una material no biodegradable. A més representa una gran amenaça mediambiental si este residu acaba en abocadors incontrolats, ja que en cas d'incineració, els fums que es desprenen arrosseguen partícules cancerígenes que poden provocar problemes de salut. Per a atallar este problema, el 16 de juliol de 2006 va entrar en vigor el Reial Decret 1481/2001, pel qual es prohibeix el depòsit en abocador. A finals d'este mateix any també va entrar en vigor el Reial Decret 1619/2005, sobre la gestió de pneumàtics fora d'ús a Espanya, el qual estableix que s'elaboren plans de reutilització i reciclatge per a eliminar el total dels residus derivats dels pneumàtics de rebuig. En l'actualitat, entre les mesures de reutilització més demandades està el recautxutatge, la construcció de pistes esportives i camps de gespa artificial, parcs infantils, i com a combustible per a centrals de fabricació de ciment. En canvi, en el sector de la construcció es reutilitza menys del 1%. Aprofitant la predisposició dels últims plans de transport de la Unió Europea per promoure aquells modes de transport més eficients i respectuosos amb el mediambient, com és el ferrocarril, la present Tesi Doctoral planteja una alternativa addicional i prometedora: l'ús de partícules de cautxú procedents de la trituració dels pneumàtics com a material de construcció, en forma de mescles de cautxú amb àrids sense cap tipus de lligant per a ser utilitzat com a capa de subbalast en vies ferroviàries. Esta opció ofereix dos avantatges mediambientals importants. D'una banda, permet la reutilització de grans quantitats d'este residu considerat perillós i problemàtic. D'altra banda, la dita mescla contribueix a la millora de la baixa resistència de fragmentació dels àrids calcaris, podent d'esta manera ser reutilitzats en capes d'assient en les vies ferroviàries. L'objectiu d'esta investigació es centra en l'obtenció del contingut òptim de cautxú perquè el nou geomaterial complisca els requeriments per al seu ús com a capa de subbalast, i a més, donades les propietats elàstiques del cautxú, avaluar el potencial d'atenuació de les vibracions que es generen al pas del tràfic ferroviari. Com a investigació complementària, s'han realitzat un estudi amb mescles de cautxú i sòl natural per a comprovar la viabilitat d'utilització en nuclis de terraplè.