Interés técnico económico del uso de escorias en el ámbito ferroviario
Abstract
En la última década el ferrocarril ha vivido un resurgir después de la decadenciapadecida debido al auge del automóvil privado en la segunda mitad del siglo XX. EnEspaña especialmente, pero también en Europa y en muchos países del mundo lasinversiones ferroviarias han crecido a un ritmo acelerado. Uno de los problemas queeste desarrollo acarrea es la escasez de materiales de suficiente calidad para construir lasplataformas de las líneas ferroviarias. La dificultad y el alto coste de los materiales enlas vías en balasto llevan a pensar en alternativas para sustituir algunos elementos.Esta tesina propone la sustitución de las capas de subbalasto y de forma por áridosiderúrgico en lugar del convencional árido natural de cantera. La industria del acero ydel hierro produce en su proceso de fabricación un residuo llamado escoria. Las escoriasproceden de la separación del hierro de las impurezas que lo acompañan. Estos residuosson enfriados y presentan unas características que se pueden asimilar a las de la arena ygrava. Se presentan en forma de granos de diferente tamaño y también presentanpartículas lajosas.En el caso de tratar correctamente y estudiar químicamente su composición, estasescorias pueden ser aptas para su uso en terraplenes y capas de firme. La experienciademuestra que es viable debido al uso que ha tenido en carreteras. Ahora se propone suuso en el campo ferroviario.La presente tesina se estructura en diferentes capítulos con dos partes diferenciadas. Enlos primeros capítulos se explican las procedencias de los diferentes tipos de escorias asícomo su variabilidad en propiedades según la procedencia. Se detallan las diferentesnormativas que regulan las características de las capas de subbalasto y de forma asícomo la legislación que regula el uso de escorias.En posteriores apartados se incide en las ventajas e inconvenientes que puede presentarla introducción de escorias en el ámbito ferroviario y el potencial de su uso en Europacomparando la cantidad de escorias producidas en el continente y las necesarias paradesarrollar un kilómetro de vía.La segunda parte se centra en la elaboración de unos modelos para poder determinar unacomparación entre el uso de árido siderúrgico y convencional en las capas de subbalastoy de forma. Para ello se toman como referencia una línea de Alta velocidad, una línea delarga distancia y un tranvía. Para estos tres casos se comparan las tensiones ydeformaciones obtenidas y se sacan unas conclusiones.Por último se realiza un pequeño estudio económico aproximado para determinar laviabilidad de la propuesta y así poder sugerirla.
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PROJECTE O TESINA D’ESPECIALITAT Títol Interés técnico económico del uso de escorias en el ámbito ferroviario Autor/a Jaume Roca Guitart Tutor/a Andrés López Pita Departament Departament d’infraestructura del transport i del territori Intensificació Transport Data 15-10-2012
Interéstécnico‐económicodelusodeescoriasenelámbitoferroviario Resumen Título: Interés técnico-económico del uso de escorias en el ámbito ferroviario. Autor: Jaume Roca Guitart Tutor: Andrés López Pita Palabras clave: escorias, balasto, subbalasto, capa de forma, plataforma ferroviaria, valorización, árido siderúrgico, residuo. En la última década el ferrocarril ha vivido un resurgir después de la decadencia padecida debido al auge del automóvil privado en la segunda mitad del siglo XX. En España especialmente, pero también en Europa y en muchos países del mundo las inversiones ferroviarias han crecido a un ritmo acelerado. Uno de los problemas que este desarrollo acarrea es la escasez de materiales de suficiente calidad para construir las plataformas de las líneas ferroviarias. La dificultad y el alto coste de los materiales en las vías en balasto llevan a pensar en alternativas para sustituir algunos elementos. Esta tesina propone la sustitución de las capas de subbalasto y de forma por árido siderúrgico en lugar del convencional árido natural de cantera. La industria del acero y del hierro produce en su proceso de fabricación un residuo llamado escoria. Las escorias proceden de la separación del hierro de las impurezas que lo acompañan. Estos residuos son enfriados y presentan unas características que se pueden asimilar a las de la arena y grava. Se presentan en forma de granos de diferente tamaño y también presentan partículas lajosas. En el caso de tratar correctamente y estudiar químicamente su composición, estas escorias pueden ser aptas para su uso en terraplenes y capas de firme. La experiencia demuestra que es viable debido al uso que ha tenido en carreteras. Ahora se propone su uso en el campo ferroviario. La presente tesina se estructura en diferentes capítulos con dos partes diferenciadas. En los primeros capítulos se explican las procedencias de los diferentes tipos de escorias así como su variabilidad en propiedades según la procedencia. Se detallan las diferentes normativas que regulan las características de las capas de subbalasto y de forma así como la legislación que regula el uso de escorias. En posteriores apartados se incide en las ventajas e inconvenientes que puede presentar la introducción de escorias en el ámbito ferroviario y el potencial de su uso en Europa comparando la cantidad de escorias producidas en el continente y las necesarias para desarrollar un kilómetro de vía. La segunda parte se centra en la elaboración de unos modelos para poder determinar una comparación entre el uso de árido siderúrgico y convencional en las capas de subbalasto y de forma. Para ello se toman como referencia una línea de Alta velocidad, una línea de larga distancia y un tranvía. Para estos tres casos se comparan las tensiones y deformaciones obtenidas y se sacan unas conclusiones. Por último se realiza un pequeño estudio económico aproximado para determinar la viabilidad de la propuesta y así poder sugerirla.
Interéstécnico‐económicodelusodeescoriasenelámbitoferroviario Abstract Title: Interés técnico-económico del uso de escorias en el ámbito ferroviario. Author: Jaume Roca Guitart Tutor: Andrés López Pita. Key words: Slags, ballast, sub ballast, subgrade, railway platform, valorisation, SFS rail, waste materials. In the last decade the railway has regained importance after de decay due to the increase in use of the private vehicle in the second half of the 20th century. Especially in Spain, but also in Europe and around the World the railway investments have increased in a high rate. One of the drawbacks that this issue carries is the lack of materials with enough quality to be implemented in the railway platforms. The high cost to obtain materials for ballasted tracks leave to bear in mind different alternatives to substitute some elements. This thesis proposes the substitution of the subballast and subgrade layers to slags instead of the traditional materials that come from quarries. The steel and iron industry produces within their process a waste material that is called steel slags. Slags come from the separation of the iron and the impurities that come with the raw material. This waste is cooled down after separation and presents some characteristics that can be assimilated to the ones of sand and gravel. The grains have different sizes and some slabs as well. If slags are carefully studied chemically and physically could be used to supply material for the embankments and the subgrade layers. There is already some experience in using these materials, particularly in the road construction field and no unpredicted behaviour has been reported. The present document is structured in different chapters with two main parts. In the first chapters the different types of slags are explained as well as the variability of their properties depending on the site where they come from. The standards that regulate the use of steel slags are detailed in the following chapters and also the specifications for the subballast and subgrade layers. The next chapters are focused in the advantages and downsides of using steel slags in the railway field and the potential of use that they have in Europe. A comparison between the annual production and the need of material to build one kilometer of track is made. In the second part a model is developed using the program Plaxis to compare how tension in the subgrade layers is transmitted in a railway platform with both materials: quarry and slag aggregates. Three different platforms have been taken into account to develop the models: a high speed track, a long distance track and a tramway. For these three cases, tensions and deflections have been studied and compared. At last, an approximate economical study has been developed to determine the feasibility of this proposal and a recommendation.
Interéstécnico‐económicodelusodeescoriasenelámbitoferroviario TABLADECONTENIDO 1Objetivoyalcancedelatesina...............................................................................................................1 2Introducción..................................................................................................................................................2 Evolucióndelsectorferroviarioenlasúltimasdécadas.................................................................3 3Tiposdeescorias.........................................................................................................................................6 3.1Escoriasmetalúrgicas......................................................................................................................6 3.1.1Escoriasdehornoalto...........................................................................................................7 3.2Escoriasdeacería..............................................................................................................................9 3.2.1Escoriasdehornoaoxígeno..............................................................................................10 3.2.2Escoriasdehornoeléctrico...............................................................................................11 4Estadodelarte............................................................................................................................................13 4.1Introducción......................................................................................................................................13 4.2Lasescoriasnegrasdehornoeléctrico...................................................................................14 4.2.1Composición.............................................................................................................................14 4.2.2Propiedades.............................................................................................................................15 4.3Aplicacionesdelasescorias........................................................................................................16 4.4PliegodePrescripcionesTécnicasTipoparalosProyectosdePlataformadelAdif parasubbalastoycapadeforma.............................................................................................................19 5Lautilizacióndelasescoriasenelámbitoferroviario..............................................................22 5.1Elsectordelasescoriasdeacería.............................................................................................22 5.2Estimacióndelnúmerodekilómetrosdevíaconstruibles............................................22 5.3Ventajasquesepuedenobtenerdelaimplantacióndelasescorias.........................26 5.4Legislaciónsobreelusodelasescoriasenelámbitoferroviario...............................28 5.5Procesoparalaobtencióndeáridosiderúrgico.................................................................29 6Análisisdeunaplataformaferroviaria............................................................................................31 6.1Nocionesbásicas..............................................................................................................................31 6.2CatálogodeseccionesestructuralesdelaUIC.....................................................................34
Interéstécnico‐económicodelusodeescoriasenelámbitoferroviario 7Modelizacióndeunasecciónferroviaria.........................................................................................37 7.1Modelo1:Víadealtavelocidad.................................................................................................39 7.1.1Valoresdereferenciaparaelmodelo:...........................................................................40 7.1.2Cálculodelastensionesencadatraviesaenlalongitudefectiva......................45 7.1.3Resultadosdelmodelo.........................................................................................................46 7.1.4Análisisdesensibilidad.......................................................................................................52 7.1.5ModeloAVEusandoáridosiderúrgicoenlacapadesubbalasto.......................56 7.1.6Comparacióndelastensionesobtenidasconlasmáximasadmisibles...........58 7.1.7Variación de las tensiones con diferentes espesores de subbalasto de escorias 59 7.2Modelo2:Víaconvencionaldelargadistancia...................................................................61 7.2.1Valoresdereferenciaparaelmodelo............................................................................62 7.2.2Tensionesenlastraviesas..................................................................................................65 7.2.3Resultadosdelmodelo.........................................................................................................65 7.3Modelo3:Líneadetranvía..........................................................................................................69 7.3.1Valoresdereferencia............................................................................................................70 7.3.2Resultadosdelmodelo.........................................................................................................72 8Análisiseconómicodelaviabilidaddelusodeescorias...........................................................74 9Conclusionesyrecomendaciones.......................................................................................................76 9.1Conclusiones......................................................................................................................................76 9.2Recomendaciones............................................................................................................................77 10Referenciasbibliográficas.................................................................................................................78 11Indicedefiguras....................................................................................................................................80 12Indicedetablas.....................................................................................................................................83
Interéstécnico‐económicodelusodeescoriasenelámbitoferroviario 1 1 OBJETIVOYALCANCEDELATESINA Lapresentetesinapretendehacerunestudiosobrelaviabilidaddelusodelasescoriasde horno eléctrico en el campo ferroviario. Concretamente se centraenelusodeeste materialenlacapadeformaysobretodoenelsubbalasto. Sepretendenhacerlosestudiostantoeconómicos,técnicoscomoambientalesparapoder recomendar o no su utilización. Para ello se recopilará toda la información disponible sobreelusoquehatenidohastaahoraestematerialysobrequé posibles usos se le puedendar.EncuantoalaspectotécnicoseutilizaráelprogramaPlaxisv.08paraestudiar elcampodetensionesydeformacionesdedichacapaparaasípoder analizar su comportamiento y recomendar las posibles necesidades de mantenimiento que puede tenerencasodeimplementarse. Seránportanto,objetivosdeestetrabajo: • Estudio económico de la viabilidad del usode escorias para la capade formay subbalastodelavíaferroviaria. • Estudiodelimpactoambientalquepuedetenerlasustitucióndeláridonaturalpor escoriasdehornoeléctrico. • Estudiotécnicosobreelcomportamientodedichasescoriasenelsubbalastoylas necesidadesdemantenimientoquepuedatener. • Análisis de los estudios sobre estabilidad de escorias realizados hasta la actualidad. • Análisisdelasconclusionesextraídasdelosobjetivosanteriores. • Recomendacióndelusodeescoriasdehornoeléctricoenelcampoferroviario. Latesinasedesarrollaráen8capítulosquesedescribenacontinuación: 1. Introducciónjustificandolosmotivosdelapresentetesina. 2. Clasificacióndelosdiferentestiposdeescorias. 3. Elestadodelartedelusodelasescoriasdehornoeléctrico. 4. Elusodelasescoriasenelámbitoferroviario:ventajaseinconvenientes 5. Unanálisisdeunaplataformaferroviaria 6. Análisistécnico 7. Análisiseconómico 8. Conclusionesyrecomendaciones
JaumeRocaGuitart 2 2 INTRODUCCIÓN Desdelosiniciosdelferrocarril,unadelasmayoresdificultadesconqueseencontraban losconstructoreseraelgranmovimientodematerialesquesuponía.Desdelosdesmontes yterrapleneshastalascapasgranularesqueconformabanlasuperestructuraconllevaban grandesesfuerzoshumanos,técnicosyeconómicos. Las técnicas fueron mejorando así como las exigencias en los materialesausar.Para determinadascapasyanoeraválidocualquiertipodematerialencontradoinsitu,sino quesedebíacumplirunaseriedecaracterísticasparaquepudieraseraceptadoycolocado ydeestamaneragarantizarunciertoniveldeservicio. Enlaactualidad,lasespecificacionesaseguirquemarcanlosdiferentesadministradores ferroviarios son mucho más estrictas que las deantaño. Por este motivo, los costes de extracción, clasificación, valorización y transporte han aumentado sin cesar. Sólo determinadas canteras pueden proveer el material granular que precisamos para una infraestructura ferroviaria y estas pueden o no encontrarse cercadellugarenquese necesitan. Comoresultaobvio,eldañoparalosecosistemasesmásquenotable.Enprimerlugar,el impactovisualyambientalquecausanlascanterasacieloabierto es fácilmente apreciable. Hay que tener en cuenta que si las canteras de extracción de material se encuentrancercadenúcleosurbanossonademásperjudicialesdebidoalagrancantidad depolvoymateriaensuspensiónquegeneran.Ensegundolugar,elprocesamientodela rocaextraídaparaobtenerelproductofinalrequieredeunagrancantidaddemediosy sobretodo de energía. Por último, y no menos importante, estaría el transporte del materialhastasupuestaenobra.Ésteúltimopuntonosólocontribuyealageneraciónde gasesdeefectoinvernaderocomoelCO2sinoqueademáslapresenciadetráficopesadoy elpolvolevantadodurantelasmaniobrasenlazonadelaobraferroviariaasumanala listadeinconvenientes. Por estos motivos aquí expuestos, podríamos decir que las cada vez más exigentes prescripciones sobre los materiales a usar conlleva un aumento de costes tanto económicoscomoambientales.Porotrapartehayquemencionarque dichas especificaciones son necesarias para garantizar la seguridad y la durabilidad de las infraestructurasque,sinellas,elferrocarrilnoseríaelqueeshoyendía. Enlasúltimasdosdécadas,elmotivoambientalsehaconvertidoenunaspectoprimordial atenerencuentaycuidarportodoslosgobiernosdelospaísesoccidentales.Ahora,todos losproyectosdebenincluirestudiosdeimpactosambientalesypropuestasparaminorar dichosimpactos. Laindustriadelaconstrucciónsecaracterizaporelusodematerialesqueseencuentran enlanaturalezaparaluego transformarlos y alfinaldesu vida útil,desecharlosen un vertedero.Enlosúltimosañosmuchospaíseshantratadodereciclaroinclusoreutilizar muchosdeestosmaterialesparahacerdelaconstrucciónunacadenacircularynolineal.
Interéstécnico‐económicodelusodeescoriasenelámbitoferroviario 3 Enestatesinase proponeestudiar lareutilizaciónde un material que esresiduo dela industriasiderúrgicaparalaindustriadelaconstruccióndevíasférreas.Dichomaterialse llamaescoriasiderúrgicayprovienedelafundicióndelamateria primera usada para obteneracero.Enelpróximocapítulosepresentaunabrevedescripcióndelosdiferentes tiposdeescoriaqueexistenyelprocesodeobtencióndelamismahaciendohincapiéen lasobtenidasmediantehornoseléctricos. Evolucióndelsectorferroviarioenlasúltimasdécadas Enesteapartadosequieremostrarlamotivaciónparalapresente tesina que rae básicamenteenelaugedelferrocarrilysobrelascrecientesnecesidadesdematerialesque habráenelfuturo. ElferrocarrilenEspañasufrióunprocesolentodedecadenciaenlasúltimasdécadasdel sigloXXhastaprincipiosdelosnoventa.Estadecadenciafuedebidoaunosbajosniveles de inversión suficiente en infraestructuras y renovación de equipos. Estos niveles no estabanacordeconlasnecesidadesrealesdelpaís,deformaque el ferrocarril fue perdiendodemandaalavezqueelautomóvilseconvertíaenelmododetransportemás rápido,fiableymoderno.Estadisminuciónresultóserdramáticaparaeltransporteinter‐ regionaldepasajerosyeldemercancías.Tansóloeltransporteenelámbitodecercanías enlasgrandesciudadessemantuvoaunosnivelesaceptables,lograndoqueelferrocarril mantuviese una presencia significativa como un modo de transporte apto para la movilidadurbanaymetropolitana. Sinembargo,elpanoramaferroviarioespañolhacambiadoradicalmenteenlosúltimos20 años y lo seguirá haciendo. El inicio de este cambio fue motivado por iniciativas comunitariasdelaunióneuropeaquedesdelos90dedicanungranesfuerzoenimpulsar las infraestructuras ferroviarias en Europa. España construyó en el 1992 el proyecto pionerodelAVEquefueelprincipiodelaaltavelocidadennuestropaís. EnlaprimeradécadadelsigloXXIEspañasehalanzadoaunafuertedinámicainversora en ferrocarriles de la cual no existen precedentes históricos en cuanto a las enormes inversionesdecapitalquehansupuesto.Segúnlasprevisionesdel Plan Estratégico de InfraestructurasyTransportealfinaldeesteprocesoEspañacontarácon10.000kmsde víasdealtavelocidad.Noobstante,lacrisisfinancieraquevieneazotandoelpaísenlos últimos4añosparecehaberrebajadoestasaspiraciones. Sin embargo, a pesar de la crisis que ha afectado principalmentealsectordela construcción,elsectorferroviariosigueabarcandoun volumendenegociomuyamplio tantoenEspañacomoenelrestodeEuropayotrospaísesdeSuramérica.Comodecíamos antes,lainversióneuropeaeninfraestructurasferroviariashaaumentadodetalformaque del 1996 al 2013 se puede observar un crecimiento de presupuestodebidoalos30 proyectosprioritariosarealizarentodaEuropa.
JaumeRocaGuitart 4 Figura2.1Evolucióndelainversiónferroviariaeuropeaenlosúltimosaños.Fuente:Comisión Europea. ConcretamenteenEspañasepuedeobservarunincrementoimportantedelainversiónen ferrocarril, duplicando el porcentaje de inversión de 2005 (20% de la inversión total estatal)enelaño2009(dondesealcanzaprácticamenteel40%) Figura2.2.Evolucióndelalicitacióndeobrapúblicaporsectoresenporcentaje.Fuente:Ministeriode Fomento. Como se ha podido observar hasta ahora, el ferrocarril vuelve adespertarinterésen detrimentodeltransporteporcarretera.Aellohayquesumarlequeenuncontextode escasez creciente de hidrocarburos y ante una mayor concienciaciónsocialdeltema ambientallosgobiernosdemuchospaísesesténapostandofuertementeporelferrocarril comounmododetransportemodernodegrancapacidadquerespetaenmayormedidael medionaturalyquerepresentaunaoportunidadparadarunsaltohaciaotraformade movilidad. Peroelartíficedeesteaumentodelainversióneslaaltavelocidad.Estosproyectoscopan hoydíauninterésmuyespecial.Suandaduraempezóen1964enJapónperonohasido hastalaprimeradécadadel2000quesudesarrolloseha popularizado.Enlasiguiente
Interéstécnico‐económicodelusodeescoriasenelámbitoferroviario 11 Lasescoriasobtenidasporesteprocesoseusancomoáridoparacementosaunque presentan problemas de expansión debido a la hidratación de la cal libre (CaO). Normalmentenoseusancomoáridosderellenoencapasdeformadecarreteras. 3.2.2 Escoriasdehornoeléctrico Enlosúltimosañoslaproduccióndeacerohatenidolugarenhornoseléctricosyaque permitenunagranversatilidadenlaproducción.El38%delaceroproducidoenEuropay el45%delproducidoenEstadosUnidoshasidoobtenidomedianteesteproceso.Otros paísesproducenaceroutilizandosolamentehornoseléctricoscomoIndonesia,Tailandiay Vietnam[4]. EnEspañaelusodelhornoeléctricosehaextendidohastallegararepresentarel75%[2] delatotalidaddelaproduccióndeacero.Elhornoeléctricopermiterealizaraleaciones comoelaceroinoxidable.EnCataluñaexisteunaplantadeproduccióndeaceroquese encuentraenCastellbisbal. El proceso de obtención del acero mediante horno eléctrico sigue cuatro pasos fundamentales:lafusióndelasmateriasprimas,laoxidacióndelasimpurezas,elajustede lacomposiciónyelvertidodelaceroalhornoconcuchara.Enprimerlugarseintroducen laschatarrasdeacero,elfundenteyCaOquecompondránlasmateriasprimasenelhorno. Éstehornoestárevestidoporunmaterialrefractarioqueescapaz de mantener sus propiedadesatemperaturaselevadas.Unavezdentroseenciendenloselectrodosyse producelafusióndelachatarradeacero.Elfundentesecombinaconlasimpurezasdela carga,rebajandoasísupuntodefusión.Trasestareacciónseforma un material no metálicodenominadoescoriaoxidanteoescorianegraqueestácompuesto de hierro, calcio,silicioyaluminio.Ésteseformaporlamezcladelosfundentesylaspartesimpuras delacarga;tienecoloresmuyoscurosyunavezenfriadopresentaunaspectoporoso,una morfologíairregular,cúbicaydefracturapuntiaguda.Éstaetapasedenominaoxidante debidoalaoxidacióndelasimpurezasdebaño.Enésteprocesotienenlugarlassiguientes reaccionesquímicasdeoxidación: FexO=xFe+O Si+2O=SiO Mn+FeO=Mn+Fe CO=C+O 2P+5FeO=P2O5+5Fe Una vez esta etapa ha finalizado se obtiene el metal líquido cubiertoporunacapade escoria negra que protege el metal de la oxidación. Esta separación se produce por gravedaddebidoaqueladensidaddelosdoscompuestosesdistintaademásdequeson inmiscibles.Unavezretiradalacapadeescorianegraestasedeja enfriar y para ello existentresposiblesformasdehacerlo:
JaumeRocaGuitart 12 • Laescoriaobtenidaseviertedirectamentealsueloyseusaelaguaparaenfriarla. Posteriormenteesrecogidaytransportadahastaellugardesudeposición.Esta escoriapresentaráunaspectoporoso,tamañopequeñoyenestadovítreo. • Sevierteenuncono de fundiciónquese dispone bajolapiquera delhorno.La escoriaempiezaaenfriarseenelconoysevierteparaenfriarenunafosa.Esta escoria presentará una porosidad inferior al anterior procedimientoyesmás cristalina. • Elúltimomododeenfriarconsisteenverterenunconodefundiciónlaescoria paraenfriarla,deestamaneraelenfriamientoresultamáslento.Laescoriaquese obtendráserámáscompacta,conbajaporosidad,duraycristalina. Cuandolosdoscompuestos(escoriasyacerolíquido)estánseparadossevierteelaceroen elhornodecucharapararefrigerarlo.Enesteprocesoseeliminaelexcesodeoxígenoy azufremediantelaadicióndecal,carburocálcicoyferroaleaciones(quecontienensilicio, manganeso, carbono y aluminio). Esta etapa es denominada como de desoxidación y desulfuración. Finalizadaestaúltimaetapaseobtieneelaceroconlacomposicióndeseadayunacapa sobrenadante denominada escoria blanca o reductora. En esta fase se quiere bajar el contenidodeoxígenoyeliminarlamayorpartedelazufre.Paradesoxidarelmetalfundido seañadeestaescoriablancaquecontienecal,espato‐flúorycokeografito.Ellíquidode metaltiendeaoxidarlaescoriayportanto,laescoriadesoxidaellíquidofundido.Unavez terminadoesteprocesosedesescoriaellíquidoyseponeaenfriaralairelibrelaescoria blancarecogida. Lasescoriasblancastienenunaaltacantidaddefinosqueprovienen del fenómeno de pulverización del silicato bicálcico durante el enfriamiento. Estas se sacan del horno a unos1500‐1600ºCyseenfríanhastalos200ºC.Sisecomparalaproduccióndeescorias blancasconlasescoriasnegrasesmínimaperonodespreciable. Engeneralsecalculaqueaproximadamenteporcadatoneladadeacero producido se producenentre110y150kgdeescorianegrayentre20y30kgdeescoriablanca[5]. Estascifrasdancuentadelamagnituddelosresiduosquesegeneranparalaproducción de1000kgdeacero.
Interéstécnico‐económicodelusodeescoriasenelámbitoferroviario 13 4 ESTADODELARTE 4.1 Introducción Des de las civilizaciones más antiguas, el ser humano siempre se ha caracterizado por desarrollaractividadesquelehanpermitidoevolucionar.Dichasactividadeshansufrido múltiples cambios en la historia, desde la vida en equilibrio con la naturaleza, consumiendo sólo aquello que el medioofrecía,hastalassociedades actuales que consumenmásdeloqueelplanetapuedegenerar. ApartirdelarevoluciónindustrialdefinalesdelsigloXVIIIyprincipiosdelsigloXIXlos problemas con los residuos se multiplicaron, debido principalmente al importante incrementodelapoblaciónyaladiversificacióndelasactividadesrealizadas.Peronofue hastalaaparicióndelasociedaddeconsumoquelacantidadylavariedadderesiduos generados crecieron hasta niveles preocupantes, alcanzando las mayores cotas en la segundamitaddelsigloXX.Lamentalidaddelapoblaciónseacostumbróaquelosobjetos yaparatosutilizadossequedaranobsoletosenpocotiempoincrementandoenormemente laproducciónderesiduos.Enesosnivelesempezóatomarseconcienciadelanecesidadde minimizarsuimpacto.Unamejorgestiónyelempleodenuevastecnologíasparamejorar eltratamientosupusieroneliniciodeunmovimientosocialcon respaldo institucional cada vez más amplio. Este movimiento generó la aparición de conceptos como sostenibilidadoelprincipiodereducir,reciclaryreutilizarydetextoslegislativosquehan contribuido a darel salto definitivo para concienciar a lapoblación de la necesidad de reducirlaproducciónylaacumulaciónderesiduos. Elobjetivo finalde laspolíticasambientalesesconseguir un residuocero, aunqueesto resultecasiutópico.Enloscasosenlosquenosepuedereducirmáslaproducciónde residuos ‐o muy poco‐, como es el caso la industria siderúrgica, una de las mejores alternativas para hacer frente a todos los residuos generados eselreciclajeyla reutilizacióndelosmismos,talycomoseproponeenestatesina. Las actividades principales que se siguen para gestionar los residuos son: la identificación y caracterizaciónenelmismolugardeproducción,posteriormenteelalmacenamientoenel lugar de origen, la recogida que además engloba la clasificación y agrupación, el transporte,elalmacenamientoeneldestinofinal y porúltimolos residuos puedenser valorizadosodesechadosenunvertedero. Detodaslasactividadesrelacionadasconlagestiónderesiduos,lasdosúltimassonlasde mayorimportanciadebidoaquesonlasquedanfinalciclo.Mecentraréenlavalorización delosresiduosyaqueesunpasoimprescindibleparalareutilización. Dentro de la valorización existen dos posibilidades: la valorización de materiales que consisteenlatransformaciónparcialototaldelosresiduosparahacernuevosproductos ylavalorizaciónenergética,quesebasaenlautilizacióndelosresiduosparaproducir
JaumeRocaGuitart 14 energía.Lasescoriassólopodránservalorizadascomomaterialesdebidoaquenopueden usarseamododecombustible. Laprincipaldificultaddelaaplicacióndelavalorizaciónenlaactualidadeslacreciente complejidaddelosproductosylafaltadeinversionesenlaindustriadelreciclado,que hacequeeldesarrollodeesteprocesonoselleveacabodeformatotalmenteefectiva. Asimismo la coordinación entre las diferentes partes que intervienen en la cadena productivaesbásicaparaquesepromuevalavalorizacióndemateriales. 4.2 Lasescoriasnegrasdehornoeléctrico Comosehacomentado,lasescoriasnegrasdehornoeléctricosonlasqueenlaactualidad seproducenenmayorcantidadyesporelloqueexistensobreellasunmayornúmerode estudiosacercadesucomposición,caracterizaciónysobresusposiblesaplicacionesen obracivil. 4.2.1 Composición Enprimerlugar,lacomposiciónquepresentanlasescoriassegúnsuprocedenciatieneuna cierta variabilidad; según el CEDEX puede considerarse como representativos los siguientesporcentajes: Fe₂O₃ CaO SiO₂ MgO Cr₂O₃ FeO TiO₂ 2‐22% 27‐37% 11‐25% 4‐11% 0,6‐4% 3‐25% 0,25‐1,6% Tabla4.1.Composiciónquímicadelasescoriasdehornoeléctrico.Fuente:CEDEX Sin embargo, otros estudios de composición que recogen escorias de diferentes procedenciasmuestranlagranvariabilidad(dentrodeunosmárgenes)quepresentanlas escoriasnegrasdehornoeléctrico. País CaO (%) MgO (%) SiO2 (%) Al2O3 (%) FeO (%) MnO (%) P2O5 (%) S (%) Japón 40 4 25 5 19 7 ‐ 0,006 Suecia 46 5 11 5 28 4 0,7 ‐ EEUU 41 10 17 8 18 4 0,6 0,2 Alemania 32 10 15 4 31 4 1,4 0,1 Brasil 33 10 18 6 30 5 ‐ ‐ Italia 41 8 14 7 20 6 0,9 0,1 Cataluña* 31 5 14 9 27 4 0,35 ‐
Interéstécnico‐económicodelusodeescoriasenelámbitoferroviario 15 Tabla4.2.Caracterizaciónquímicadelaescoriasegúnlaprocedencia.Fuente:TesinaHernándezPuy,J. *Atítuloorientativo,segúninformenº151_15delaSeccióndeMaterialesdelaConstruccióndelaUPC, realizadosobreáridosiderúrgico0/25delafactoríadeCelsaenCastellbisbal. Comparando los diferentes valores apreciamos como en los compuestos más significativos,comoelCaO,elMgO,elSiO₂oelFeOlasvariacionesnosondespreciables.La valoracióndelacomposicióndelasescoriasantesdeserreutilizadas será pues muy importantedebidoaque,comoveremosmásadelante,hayalgunoscompuestosqueson expansivosysedebelimitaralmáximolapresenciadelosmismos. Lasprincipalesdiferenciasenlacomposiciónsedanporelusodedolomitafrenteacal.El CaOdependedelacantidaddecaladicionadamientrasqueelcontenidodeMgOdepende delusodeladolomitaydelasinteraccionesentrelaescoriayelrefractariodelhorno,que estácompuestodeunmaterialricoenMgO. 4.2.2 Propiedades Algunaspropiedadesdelasescoriasnegrassondeespecialinterésyponendemanifiesto lasvirtudesasícomolosdefectosdeestematerialdecaraasureutilización[5]y[10]: • Losáridosprocedentesdeescoriaspresentanunaselevadasdensidades.Estasse encuentranentre3,3y3,8kg/l,valoresmuysuperioresalosde los áridos naturales.Estapropiedadinfluiráalahoradedosificarlasescoriasyhabráque tenerlaencuentaparacalcularloscostesdetransporte. • La absorción de agua presenta valores superiores al 3,5% en volumenyseha detectadoun7%enalgunoscasos.Estapropiedadpuedeinfluirenladurabilidad del árido en caso de estar sometido a ciclos de hielo‐deshielo o humedad‐ sequedad. • En general, la mayoría de ensayos consultados presenta unos coeficientes de desgastebajos,esdecir,eláridoprocedentedeescoriaspresentapartículasduras. ElcoeficientedeLosÁngelesseencuentraentreel20%y25% • LoslíquidoslixiviadosdelasescoriaspuedentenerpHsuperioresa11.Estehecho puederepresentarproblemasdecorrosiónconotrosmaterialesquepuedanestar encontactoconellascomopuedeserelacerooelaluminio. • El contenido de CaO se presenta en cantidades elevadas, como seapreciaenel anteriorcuadro.Esporelloquelasescoriasnegrastienennaturalezaexpansiva. PorotraparteelcontenidodeMgOtambiénpodrápresentarproblemasaunquea largoplazo. límites inferiory superior 31‐46 4‐10 11‐25 4‐9 18‐31 4‐7 0,35‐ 1,4 0,006‐ 0,2
JaumeRocaGuitart 16 • Laspartículascontamañostipogravatienenunaformasquevandeesféricasa angulares.Tambiénseencuentranpartículaslajosasconcantosvivosypresentan porosidad. • Las partículas más pequeñas (con tamaños tipo arena y limo) presentan gran variedaddeformascondiferentescantos.Susuperficieesrugosaylaslajastienen formasirregulares. • Lahumedadóptimavaríaalrededordel13%.Estevalorseobtuvodeunasescorias reciénenfriadasydirectasdelhorno.Enotrosestudiosconescoriasenvejecidasy valorizadaselvalordelahumedadóptimabajahasta3,7%[11]. • Elánguloderozamientoobtenidoenalgunosestudiosesdeunos40,5º,llegandoa observarsepicosde45º. • EnlostestdeexpansividadalargotérminollevadosacaboenPurdueUniversityse concluyóquedespuésdeunmeslosratiosdeexpansiónerande1.556x10‐3aldía. Esterationovariómuchoenlos17mesesquedurólaexposiciónalaguadelas escoriasllegandoaobtenerdespuésdeesteperíodounadeformaciónde0,83%. Losestudiosalargoplazodelaexpansividadindicaronqueunperíododeunmes paraenvejecerlasescoriasnoes suficiente para suprimir las deformaciones debidasaéstefenómeno. • LosvaloresdelCBRdelasescoriasvaríanmuchodependiendodelagradaciónde lasmismasllegandoaencontrarvaloresde69[11]yde280[12].Engenerallas escoriaspresentanvaloresdemódulodeelasticidadnotablementemayoresalos áridossimilaresdeprocedencianatural. • Lacohesióndelasescoriasunavezenfriadaspresentavaloresnulos. 4.3 Aplicacionesdelasescorias En los últimos años, se han propuesto gran cantidad de aplicaciones por parte de diferentesequiposinvestigadoresdetodoelmundo.Entreellas,lasmásdestacablessonel usoenfirmesdecarreterastantocomoáridosparamezclasbituminosascomoparacapas granularesdebase,enlaproduccióndecemento,enáridosparahormigónyotrosusos menores. Enloqueaáridosparacapasdebasedecarreterasserefiere,lasescorias,debidamente tratadas,cumplensobradamente lasespecificacionestécnicasqueexigenlospliegosde carreteras.Éstassepodríanutilizartantoencoronacióndeexplanadas,subbases,ybases decarreterassegúnelCEDEX.TambiénlleganaesaconclusiónRubioyCarretero,yTomás A.Uría[6].Lamayoríadeestudioscoincideenqueelpuntomáscríticoenlaaplicaciónde las escorias como árido para carreteras se encuentra en la expansividad latente que tienen.
Interéstécnico‐económicodelusodeescoriasenelámbitoferroviario 17 Enel2001elinstitutoEduardoTorroja(CSIC)llevóacabounimportantetrabajoacerca de la inestabilidad en escorias negras de horno de arco eléctrico. Se analizaron 4 fraccionesgranulométricasdedosescoriasdediferenteprocedenciadebidoaloamplio del intervalo granulométrico [0‐50mm] del subproducto. La tabla6muestra las concentraciones de los compuestos nocivos según las diferentes fracciones granulométricas. Escorias CaO(%)libre S0₃(%) Cl(%) MgO(%)libre 1 A.06mm 0,09 0,57 00,9 A.613mm 00,35 00,9 A.1323mm 0,06 0,29 00,8 A.2350mm 0,09 0,19 00,8 B.06mm 00,13 00,8 B.613mm 0,06 0,14 00,5 B.1323mm 0,06 0,15 00,8 B.2350mm 0,03 0,12 00,6 Tabla4.3.Cuantificaciónquímicadelasescoriasdealtohorno.Fuente:InstitutoE.Torroja Comoseobserva,lasproporcionesdecallibrequeseobtuvieronenlasdiferentes fraccionessoninferioresal0,1%.Elcontenidodecallibreesdegranrelevanciadebidoa queconstituyeunfactordeinestabilidadvolumétricaporsutransformaciónenhidróxido decalcio,quepuedecausaralmismotiempoexpansiónydisgregacióndelmaterial.La cantidaddeMgOnocombinadoenlasdiferentesfraccionesesinferioral1%,porlotanto, esmuybaja. Elestudioconcluyóentreotrascosasqueloscompuestosnocivos se encontraban en cantidadesdespreciablesomuypequeñascomparadoconlasespecificaciones de los áridosentodaslasfraccionesgranulométricasestudiadas.Además,elcontenidodeMgO libreseencontrabaenformavítrea(inofensiva)ynocomocristalesdepericlasa.También se concluyó que el tamizado de las partículas de escoria no afectaba a la composición químicanialoscontenidosdeloscompuestosnocivos.Obviamente,estosresultadosno puedensergeneralizadosporelloserecomiendallevaracaboestudiossiemprequese vayanausarescoriascomoárido. Enotroestudioconsultado[7]seconstatóamododetendenciaynodeconclusiónqueel fenómenodelaexpansividadvolumétricaeramuchomayorenlaspartículasfinasqueen lasgruesas.SeapreciabaquelosvaloresqueMgOyCaOeranligeramentesuperioresen las partículas finas que en las gruesas, pero que estos valores no eran suficientemente
JaumeRocaGuitart 18 distintos como para explicar las diferencias en la estabilidad volumétrica. Este estudio concluyóqueexisteunarelacióndirectaentrelasuperficieespecíficadelosáridosysu contribuciónalfenómenodelaexpanisividad. Sinembargo,losvaloresabsolutosdelcambiovolumétriconoproducenefectosnegativos enloslugaresenlosquesehanusado.Enlaactualidadexistenmuchasexperienciasen carreterasylamayoríadeellasnohantenidoproblemasdeexpansividad.Losejemplos quesecitanacontinuaciónfueronrealizadoshacemásde5añosyhastalafechanoseha documentadoningúntipodeproblemáticaasociadaalusodelasescorias. Carretera Material Capa Longitud Tráfico Fecha Accesoa Nervacero desde Ballonti. ZA‐25 Base granular (todo escoria) 200m, una calzada T2 Junio2006 Gi3851ZA‐20 Base (100% áridos de escoria) 230m en rampa, 2 calzadas T4B 2006‐2007 Gi3851ZA‐20 Gruesos de escoria y finos 180m en rampa, 2 calzadas T4B 2006‐2007 Gi3851 ZA‐20 Gruesos de escoria y finos con 100% de caliza 210m en rampa y 2 calzadas T4B 2006‐2007 Tabla4.4.Ejemplosdetramosdecarreterasenlasquesehausadoescoriasenelfirme.Fuente:CEDEX Losejemplosaquímostradossonsóloalgunosdetodoslostramosdecarreterasquese hanconstruidousandoescoriasenunporcentajesignificativo.Existenmuchosotrosenlos quelasescoriashansidoutilizadasenlasmezclasbituminosascomoáridoperosehan queridomostrarsóloaquellosejemplosenlosquelasescoriassonusadascomomaterial paracapasdebaseyaquesesufunciónseasemejaalaquetendríaenlacapadebasede unalíneaferroviaria. Lasescoriasusadascomocapasdebaseconlagranulometríaquemarcalanormativade carreterasson elejemplo máscercanoalposibleusodeestematerial enelferrocarril. Obviamente, las prescripciones delosdiferentesadministradores ferroviarios serán distintasalasdelanormativadecarreterasperoelhechodequeseesténusandoenla actualidadconstituyeunpuntodereferenciaatenerencuenta.
Interéstécnico‐económicodelusodeescoriasenelámbitoferroviario 19 Comosehapodidoobservar,elusodeescoriasenlasdiferentes capas del firme empieza a estar suficientemente estudiado como para extender su uso de forma masiva.Dondenoseharegistradoningunaexperienciaesenelámbitoferroviario. 4.4 PliegodePrescripcionesTécnicasTipoparalosProyectosde PlataformadelAdifparasubbalastoycapadeforma Paraproponerelusodelasescoriascomocapadesubbalastoodeformahayqueestudiar, enprimerlugar,lasnormasqueselesexigeaestascapas.Acontinuaciónsemuestrael pliegodeprescripcionestécnicasqueincluyelosensayosylascurvasgranulométricasque debencumplirambosmateriales. ElPliegodePrescripcionesTécnicasTipoparalosProyectosdePlataformadelAdifdefine capadeformacomolaqueseinterponeentrelapartesuperiordelterraplénopedraplén (coronacióndelaexplanada),oensucasodeldesmonte,ylacapasubbalasto[17]. Elmismopliegoespecificaquelosmaterialesaempleardebencumplirlossiguientes requisitos: • Estaránexentosdemateriavegetal,yelcontenidodemateriaorgánicanosuperará el0,2%enpesodematerialseco. • Carecerándeelementosdetamañosuperioradiezcentímetrosysucernidoporel tamiz0,080UNEserámenordelcincoporcientoenpeso.Silosensayosindicaran quesetratadefinosnoplásticos,elcontenidopuedellegarhastael15%. • En el caso de utilizar material procedente de cantera de roca, sucoeficientede DesgastedeLosÁngeles(UNEEN1097‐2)noserásuperioratreinta.Elensayo MicroDevalhúmedo(UNEEN1097‐1)deberádarmenoroigualdeveinticinco. • ElvalordelíndiceCBRserásuperioradiezparael95%deladensidadmáxima ProctorModificado. • Elhinchamientoporinmersiónseráinferiora0,2%porciento. • Paramaterialesmásgruesosserándeaplicaciónlosmódulosdeplacadecarga. Figura4.1.Seccióntípicadeunavía.Fuente:UIC
JaumeRocaGuitart 20 Lacapadeformasedisponejustoencimadelacoronacióndelaexplanadaysuespesor varíaenfuncióndelacalidadquetengaelsueloenlacoronaciónyeltipodeplataforma ferroviariaquesequieraconstruir.Normalmente,elespesorvariaráentre30y60cm. Para esta capa las prescripciones técnicas no obligan a usar enningúncasomaterial procedentedecantera, porlotanto,si lasescoriascumpliesencontodoslosrequisitos podríanseríntegramenteutilizadas. Porotroladoelcitadopliegodefinesubbalastocomolacapasuperiordelaplataforma sobrelaqueapoyaelbalastoypuntualizaqueparaestaaplicaciónlosmaterialesaemplear debencumplirlassiguientesespecificaciones: • El100%delafracciónretenidaeneltamiz4UNEdebeprocederdetrituración,ya seaapartirdepiedradecanteraodegravanatural. • Lautilizacióndelmaterialexcavado en la traza, mezclado o no con el anterior procedente de cantera, será admisible sólo cuando, previo tratamiento de trituraciónycribado,cumplalascondicionesdecalidadygranulometríaquefijael Pliego. • Ensuconjunto,elmaterialparasubbalastodeberácumplirlascondiciones de calidadygranulometríaqueseresumenacontinuación: o Lagranulometríaseajustaráalsiguientehuso: Tabla4.5.Granulometríaqueseexigealacapadesubbalasto.Fuente:NRV2001 o Elcoeficientedeuniformidad(D60/D10)seráigualosuperioracatorce. o Elíndicedecurvatura(D302/D60xD10)entre1y3(segúnlanormaUNE EN933‐1) TamizUNE %quepasa(enpeso) 40 100 31,5 90‐100 16 85‐95 8 65‐80 4 45‐65 2 30‐50 0,5 10‐40 0,2 5‐25 0,063 3‐9
Interéstécnico‐económicodelusodeescoriasenelámbitoferroviario 27 negra.Tambiénjuegaencontraelhechoquelasescoriassonunproductoquenoesfijo,es decir,quesuspropiedadesvaríanligeramentedependiendodelamateriaprimaquese useparahacerelacero. Ventajasambientales Paraentenderenquémaneraeláridosiderúrgicocontribuyealbeneficioambientalyala sostenibilidad,semuestraacontinuaciónunacomparativaentrelaproduccióndeárido siderúrgicoyladeáridodecantera: X*Aunqueelruido/vibraciónesproducidotambiénenlaplantadevalorización,elimpactosobrelos ecosistemasesmenorqueencanteras. Tabla5.4.Comparativadelasactividadesquesuponecadamaterial.Fuente:Elaboraciónpropia. Entonces,losbeneficiosambientalesdelusodeescoriassonlossiguientes: • Reduccióndelvolumendematerialquecadaañollegaalosvertederos. • Reduccióndeltamañodelosvertederosenelmejorcaso. • Reduccióndelusodematerialdeprocedencianatural. • Reduccióndellascanteras(ennúmeroyenvolumen)consusconsecuencias:a) reduccióndelimpactoambiental,b)reduccióndelimpactoantropomórficoenla naturaleza, c) reducción de la desforestación, d) reducción delimpactoenla vegetaciónyenlafaunaye)reduccióndelimpactohidrológico. • Reduccióndelafrecuenciaydelaintensidaddeltransporte. • ReduccióndelaproduccióndeCO₂. • Reducciónenelconsumodeenergía. Listadeactividades Actividadesen canteras Produccióndeárido siderúrgico Deforestación X‐ Afectaciónalafauna X‐ Afectaciónalaflora X‐ Impactohidrológicoenlazona X‐ Transportedelasescoriasdeloshornos alvertedero XX* Extraccióndematerialnatural X‐ transportedematerialalaobra XX Polución XX Ruido XX V ibracionestransmitidasalterreno XX* Utilizacióndeaguaenelprocesode fabricación XX EmisionesdeCO₂ XX Tamizadoymachaqueodelmaterial XX Enfriamientodelasescorias ‐X
JaumeRocaGuitart 28 • Lasescoriasvalorizadasparaferrocarrilnosólopuedenserreutilizadastambién puedenserrecicladasenotroslugarescomoenlaconstruccióndecarreteras. 5.4 Legislaciónsobreelusodelasescoriasenelámbitoferroviario El uso de las escorias para cualquier finalidad está regulado por el decreto 32/2009 dentrodelmarcodelaOrdende15defebrerode1996sobrevalorizacióndeescorias. Este marco jurídico ha permitido a Cataluña la valorización de un notable volumen de escoriasprocedentesdeprocesosmetalúrgicos.Laexperienciasobretododeéstaúltima década ha confirmado la posibilidad real de aprovechamiento de las escorias como materialdeconstrucciónenobracivil,ensustitucióndeáridosnaturalesycomomateria primaparaotrasconstrucciones[8].Lacomposiciónquímica,lascaracterísticastécnicasy elcomportamientoanteeltestdelixiviacióndelasescoriassiderúrgicas justifican la existenciadeunaregulaciónmedioambientalespecíficaqueposibiliteelaprovechamiento deestematerial. Lanormaalaquesehacereferenciaestablecelosrequisitosmedioambientalesnecesarios parallevaracabolavalorización,garantizandolaproteccióndelaspersonasyelmedio ambiente. Requisitosquehandecumplirlasescoriassiderúrgicasparaserdeclaradascomo valorizablesparasuusoenobracivil ParaquelasescoriassiderúrgicassepuedandeclararcomovalorizablessegúnelDecreto en obra civil se deben realizar unos análisis. Los parámetros ylosvaloreslímitede lixiviaciónquehandecumplirsonlossiguientes: ParámetrosValorlímite Arsénico 0,5mg/kg Bario 20mg/kg Cadmio 0,04mg/kg Cromototal 0,5mg/kg Cobre 2mg/kg Mercurio 0,01mg/kg Molibdeno 0,5mg/kg Níquel 0,4mg/kg Plomo 0,5mg/kg Antimonio 0,06mg/kg Selenio 0,1mg/kg Cinc 4mg/kg Cloruros 800mg/kg Fluoruros 18mg/kg Sulfatos 1000mg/kg Tabla5.5.Valoreslímiteparaobtenerlacalificaciónde“escoriasvalorizables”.Fuente:DOGC.
Interéstécnico‐económicodelusodeescoriasenelámbitoferroviario 29 Enlanormaseindicaquelasescoriasmantienensucarácterde valorizables si los resultados de los análisis periódicos que se realicen no superan los valores indicados. Estasescoriaspodrán ser utilizadas comoáridoen obra civilexcepto en los siguientes casos[9]: • Enzonasinundablesconunperíododeretornode100años. • Enterrenosquetenganelnivelfreáticoamenosde2,5metrosdelasuperficie. • En terrenos situados a menos de 100 metros de distancia de pozos de abastecimientodeaguapotableapoblaciones. Losusosquepermitelalegislaciónvigenteparaeláridosiderúrgicosonlossiguientes: • Comobase,subbaseyexplanadamejoradadecarreteras,víaspúblicasoprivadas, etc.Siemprequelacapadeescorianosupereungruesode70cmysedispongade unacapaderodamientoasfáltico,dehormigón,oimpermeableenlasuperficie. • Comomaterialparacapaderodamientoconmezclabituminosa,encarreterasy víasdetráficopúblicasoprivadas. • Comosubbalastodevíasférreassobresuelosarcillososopoco permeables,con unacapadeescoriasiderúrgicavalorizablequenosuperelos50cmdegrueso, siempre que ésta esté confinada, disponga de un cubrimiento superficial impermeable,yqueestérecubiertaporunacapasuperiordebalasto. • Relleno del interior de cajones de hormigón cerrados, utilizados para la construccióndediquesenobrasportuarias. • Comomaterialdelacapadeasentamientoenelselladodedepósitoscontrolados, asícomoenelcubrimientodepistasdelinteriordelvasodedeposición. Porlotanto,segúnestanorma,aunquenuncasehayallevadoala práctica, es legal sustituirelsubbalastoylacapadeformadeáridoconvencionalaescorias,teniendoen cuentatodaslasrestriccionesqueaquíseexplican.Hayquerecordar,sinembargo,como sehacomentadoenelcapítuloanterior,quesegúnelPliegodePrescripcionesTécnicas del Adif, para la capa de subbalasto, el 100% de la fracción retenida en 4 UNE debe procederdecanteraogravanatural.Existe,porlotanto,unadiscrepanciaentreambas normas.Enelpresentetrabajoseconsideraráquesepuedesustituirel100%delmaterial talycomosedaaentenderenelDiariOficialdelaGeneralitatdeCatalunya. 5.5 Procesoparalaobtencióndeáridosiderúrgico Paraobtenereláridoapartirdelasescoriassalientesdelprocesodeproduccióndeacero estastienenquepasarporunavalorización.Lavalorizaciónconsisteenponerapuntoel materialparaserusadoycertificarlascualidadesqueseesperandeél. Enprimerlugarsetienenquedejarenfriarlasescoriasunavezhansalidodelhorno.Sise sumergen en agua se hace un tratamiento de envejecimiento para prevenir posibles expansionesconlahumedaddelsuelo.
JaumeRocaGuitart 30 Acontinuaciónsedebenretirarimpurezasorestosdeacerodelasescorias.Apartirde estepunto,sepuedentamizarsegúnserequiera.Sieltamañodegranonosatisfacelas necesidadesseprocedealmachaqueoparaobtenerasílasgranulometríasdeseadas. Por último se deberán hacer los correspondientes test para asegurar que las escorias poseenlaspropiedadesexigidas. Figura5.3.Esquemadeltratamientodelasescoriasparaobteneráridosiderúrgico.Fuente:Proyecto deinvestigaciónGAINdeCOMSA.
Interéstécnico‐económicodelusodeescoriasenelámbitoferroviario 31 6 ANÁLISISDEUNAPLATAFORMAFERROVIARIA Enelpresentecapítulosepretendendarunasnocionesbásicasdelosconceptosquese vanatratarenelpróximocapítuloasícomoexplicarelcatálogodeseccionesestructurales delaUIC. 6.1 Nocionesbásicas a) Determinacióndeesfuerzos En primer lugar, el primer paso paradiseñarunaplataformaferroviaria es la determinacióndelosesfuerzosenlosquedistinguimoslosestáticosylosdinámicos.Los esfuerzos estáticos se conocen con suficiente precisión teniendo en cuenta el peso que indicaelfabricantedelmaterialrodante.Sinosreferimosalocomotoras, que normalmentesonelelementomáspesadoyporlotantoelesfuerzoparaelcualhayque dimensionarunavía,éstasvaríandeunmínimoalrededorde10t,siendounacota superiorlasde22,5tporeje. Tabla6.1.Clasificacióndevías.Fuente:[17] Losesfuerzosdinámicossoncausadosporelimpactodelasruedasconimperfeccionese irregularidades en la vía y/o en el mismo material rodante y pueden llegar a ser sustancialmente mayores a los esfuerzos estáticos. Tiene mucha influencia la calidad geométrica de las vías. Las distintas formulaciones establecidas para ofrecer un valor adecuadoaesteincrementotienelasiguienteforma: Qdinámica=Cdin·Qestática Siendolacargadinámicaigualalamayoracióndelacargaestáticaporuncoeficiente.Así puesaparecieronlasexpresionesparaelcoeficientedemayoracióndeWinkleryPihera (1915),lasdeDriessen(1936),lasdeSchammyladelcomitédelaORED‐71yfinalmente lafórmuladelprofesorEisenmannqueteníaencuentaunfactordeseguridadestadística, unfactordependiente delainfraestructura yunfactor dependiente de la velocidad de circulación. Éste último será utilizado en el próximo capítulo para calcular las cargas dinámicas. A parte de los esfuerzos verticales, que resultan ser los más importantes de cara a dimensionar una plataforma, también hay que tener en consideración los esfuerzos longitudinalesylostransversales.Losprimeros,cuyaaplicaciónsecentraenelejedelos
JaumeRocaGuitart 32 hilosdelcarril,puedenocasionarelpandeotantoverticalcomohorizontaldelavíaen condicionesmuyexcepcionalesdevariacióntérmica.Lossegundos,aplicadosenelplano ortogonal al de circulación, son el criterio que se utiliza para determinar la máxima velocidaddecirculaciónquesepuedealcanzarconelfindequenoseproduzcaelripado delavía. b) Laplataforma Laplataformaferroviariatiene comoprincipalesfunciones ladesoportarlosesfuerzos dinámicosdelostrenesyevitardeformacionesqueinfluyanenlacalidadgeométricadela vía.Lacapacidadportantedeunaplataformadependedelacalidaddelsuelosobrelaque seconstruyaylacalidadyespesordelascapasdeasientoqueseintroduzcan.Lasiguiente tablaclasificalostiposdesueloylasplataformas. Tabla6.2.ClasificacióndesuelosyplataformassegúnlaUIC.Fuente:[17] Paraobtenerunadeterminadacalidaddeplataformaconunsuelodeterminadoseusarála siguientetablacomoreferencia,quepermitecualquiercombinaciónposible: Espesormínimodelacapadeforma Calidaddelsuelo soporte Clasede capacidadde cargadela plataforma Capadeformaparaobtenerla capacidaddecargadelaplataforma Calidaddelsuelo Espesor mínimo (metros) QS1 P2 Suelofinotratadocon ligantes 0,3 P2 QS2 0,55 P2 QS3 0,4 P3 QS3 0,6 QS2 P2 QS2 0 P3 QS3 0,4 QS3 P3 QS3 0 Tabla6.3.Espesoresmínimosacolocarencimadeunaexplanadaparaobtenerunadeterminada calidaddeplataforma.Fuente:Elaboraciónpropia.
Interéstécnico‐económicodelusodeescoriasenelámbitoferroviario 33 c) Lascapasdeasiento Lascapasdeasientodeunasecciónferroviariaestáncompuestasporunacapasuperior de balasto, una subbase y una plataforma. Estas capas tienen como misión principal repartirytransmitirlascargasdesdelastraviesashastalaplataforma.Tambiénayudana reducir las vibraciones ocurridas por el contacto rueda‐carril y también influyen en la estabilidadlongitudinalytransversaldelavía. Figura6.1.Esquemadelascapasdeasiento.Fuente:AlvarezMantaras,D.,LuqueRodriguez,P.;2003. d) Elbalastoyelsubbalasto La primera capa de terreno en la que asienta la traviesa es el balasto. Algunas líneas tambiénincorporanunacapadesubbalastobajoésta.Lacapadebalastoestáformadapor rocamachacadaopiedranaturalconunagranulometríarelativamentegrandequevade los2,5alos6,0cm.Éstacapatienecomofuncionessoportarydistribuirlasfuerzasque transmiten las traviesas y también fijar la vía impidiendo el movimiento lateral y longitudinal.Elgrantamañodelaspartículasqueformanlacapadebalastolahacemuy porosapermitiendoeldrenajedelavía.Lacapadesubbalastooinferioresenausenciade éstaposeeunaciertainclinaciónparaevacuarlasaguasqueseinfiltranporelbalasto. Lacapadesubbalastoesunacapadeáridosconunagranulometríabiengraduadaque protegelaplataformadelaerosiónyrepartemejorlascargastransmitidasporelbalasto sobrelaplataforma. e) Móduloderigidezdelavía(k) Se define como la carga que aplicada sobre un carril produce un asentamiento de un milímetro. Este valor depende del carril, las traviesas, las sujeciones, el balasto y la plataforma.
JaumeRocaGuitart 34 Laplataformaeslaquepresentaunvalormásbajoyeslapresiónqueseejerceaéste nivel la que condiciona el asentamiento final. Cuanto mayor sea el espesor de balasto menostensiónhabráenlaplataformaaunquetambiénpresentaráunamayorelasticidad. f) Coeficientedebalasto Sedefinecomoelcocienteentrelapresiónmediaejercidasobrelasuperficiedeapoyode la traviesa. Se puede definir como la carga unitaria que produce un desplazamiento unitario. Unvalorde2kg/cm³significaunainfraestructurademalacalidadportantemientrasque unvalorde10kg/cm³significaquetieneunabuenacalidadportante. g) Tensionesadmisibles Lastensionesadmisiblesporelbalastodebajodelastraviesasoscilanalrededordelos3‐4 kg/cm²,paraquenoaparezcandeformacionesplásticasimportantes.Másimportanteaún es determinar las tensiones que llegan a la plataforma puesto que se utiliza para determinarlosespesoresdelasdiferentescapasdeunasección. En esta tesina se ha utilizadolaexpresióndeHeukelomqueevalúalacargaporunidaddeáreaproducidapor el número de ciclos de carga a la que esta se encuentra sometida. La bibliografía consultadaindicacomovalordereferencianosuperar1kg/cm². 6.2 CatálogodeseccionesestructuralesdelaUIC Enlapresentetesinasehautilizadolaterminologíadelcatálogoqueen1982presentóla UIC.Enéste catálogo deseccionesestructurales tipo seempieza conla definición de 4 tiposdesuelosquesonelQS0,QS1,QS2yQS3.Luegosedefinentrestiposdeplataformas querepresentanlosdiferentessoportessobrelosquesepuedemontarunavíaenfunción delosrequerimientos.
Interéstécnico‐económicodelusodeescoriasenelámbitoferroviario 35 Figura6.2.CatálogoUIC.Fuente:A.LópezPita. Figura6.3.CatálogodeseccionesestructuralesdelaUIC.Fuente:[21] Comoseapreciaenlafigura6.3lasdiferentesseccionesseescogen en función de la calidad del suelo soporte y de la clase de capacidad de carga de la plataforma que necesitemos.
JaumeRocaGuitart 36 Endichafiguraelespesordebalastoydelacapadesubbalasto,quedansindefinir.El espesortotaldeambascapas,e,varíaenfuncióndelastraviesasydelascaracterísticas del tráfico. Para determinar el espesor total la Administración francesa recomienda el ábacodelafigura6.4,quevienedeterminadoenfuncióndeltráficoficticiodiario. Figura6.4.Espesormínimoglobaldebalastoydesubbalastobajotraviesa.Fuente:[21]
Interéstécnico‐económicodelusodeescoriasenelámbitoferroviario 43 Figura7.4.PerfildelcarrilUIC60.Fuente:UIC Seconsideraqueelacerodeloscarrilestieneunmóduloelásticode210GPa. • Laplacadeasiento Laplacadeasientotieneenlaaltavelocidadunpapelprimordial.Debidoalgranespesor delascapasdebalastoysubbalastoyaunaplataformadecalidadQS3larigidezdetodoel sistemaesmuyelevada.Sinsuelaselásticas,entreotrascosas,laelevadarigidezllevaríaa un prematuro desgaste de los carriles con el consiguiente coste de mantenimiento. Al añadirlaplacadeasientosereduceconsiderablementelarigidezdelavíaysepermite unamayor deformaciónalpaso deltren. EnEspañaexisteunagrandiferenciaentrela rigidezdelasplacasdeasientodealgunaslíneas.Porejemplo,lalíneadealtavelocidad Madrid‐Sevillaesmuyrígida,convaloresde500KN/mmquecontrastaconladeMadrid‐ Barcelona,con100KN/mm.Enlapresentetesinasehaoptadoporlasrecomendaciones deLópezPitaenellibro“Infraestructurasferroviarias”.Enélserecomiendaquelarigidez totaldelavíasesitúeentornoalos75‐80KN/mmparaoptimizarlosgastosde mantenimientoasícomoelconsumoenergéticodeltrenparasuavance.Porlotanto,se adoptaráunvalorderigidezdelaplacadeasientoparaquejunto conlarigidez dela plataformaquesecalculaacontinuacióndédentrodelrangodevaloresanteriormente mencionados. • Rigidezdelconjuntobalastosubbalastoplataforma Comoseha comentadoantes,estasecciónestará compuesta por35cm debalastopor encima de 25 cm de subbalasto. La plataforma será una QS3. Los valores medios que caracterizanestosmaterialesson: Característicasdelosmaterialesdelaplataforma Capa Espesor E(MPa) v C(N/m²) φ(º) Densidad(KN/m³) Balasto 35cm 130 0,2 045 15 Subbalasto 25cm 120 0,3 035 19 QS3 78,4 0,3 035 19 Tabla7.4.Característicasdelosmaterialesdelaplataforma.Fuente:Elaboraciónpropiaconla informaciónobtenidade[20].
JaumeRocaGuitart 44 Conestosvaloresmediosyapodemosprocederacalcularlarigidezdelsistema.Comose hacomentadoanteriormenteparaéstecálculoseutilizarálaformulacióndeEisenmann: 1 12 2 13 * 1 * 1 ** 1 )·( 2 − ⎭ ⎬ ⎫ ⎩ ⎨ ⎧⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛−−= hhh h h hECeq SustituyendolosvaloresenlaecuaciónseobtienequeCeq=22,58kg/cm3,queteniendoen cuentaelvalordeláreaefectivadelatraviesaseobtieneunarigidezde138,3KN/mm.Este valor resulta elevado pero lógico debido a la alta calidad de la infraestructura. Para conseguirunmenorvalorparalarigideztotaldelavíapropondremosunvalorparala placadeasiento.Usandolasiguienteformulaciónobtenemos[14]: plataformabalastoplaca plataformabalastoplaca eq kk kk K− − + =· 43 3· 4eqk d EI K= Paraunvalorde30KN/mmparalaplacadeasientoobtenemosunavíaconunarigidezde 73KN/mmmásqueaceptable. • Cálculodelalongitudefectiva Lalongitudefectivaesaquellalongitudalrededordelacargaenlaquesetrasmitecargaal terreno.Normalmente,alrededordeunas5traviesassonlasquecarganconelpesode unarueda. 44 bC EI L=Donde mm mm d At b600 625000 2 == =1041,66mm Elvalordelcoeficientedebalasto(C)seobtienedirectamentedelarigidezmediante K=Ceq·At.LosvaloresdeEeIserefierenalcarrilsiendoelmóduloelásticoylainercia respectivamente.Finalmenteseobtieneunvalorde678,6mmparaL. Enlafigura7.5sedetallaelcomportamientodeladeflexióndelavíaalpasodeunarueda ycomoserelacionalalongitudafectadaconL.
Interéstécnico‐económicodelusodeescoriasenelámbitoferroviario 45 Figura7.5.Deflexióndelavíaalpasodeunacarga.Fuente:[15] Porlotanto,lalongitudtotalafectadaserádel=1,5ΠL=3,2m. 7.1.2 Cálculodelastensionesencadatraviesaenlalongitudefectiva. Para hacer éste cálculo se usará la formulación presentada en el libro ModernRailway TrackendondeelvalordelatensióndeZimmermannesmultiplicadoporuncoeficiente paraelcálculodelastensionesenlasdemástraviesas. La teoría de Zimmermann es bien conocida y permite el cálculo de la tensión bajo la traviesamássolicitadateniendoporexpresión: AL aQ ··2 · = σ Donde 44 K EI L= Parahallarlasdemástensioneshabráquemultiplicarestevalorpor: () ()() LxLx L x eii i /sin/cos· + − =⎟ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ η Siendo xi ladistanciaentreelpuntodeaplicacióndelacargaylatraviesadelacual estemoscalculandolatensión. Aplicando esta formulación y usando las cargas por rueda anteriormente calculadas, obtenemoslasiguientedistribucióndefuerzas:
JaumeRocaGuitart 46 Figura7.6.Distribucióndelascargasenlastraviesas.Fuente:Elaboraciónpropia. Asípues,alpasodeuntrendealtavelocidada350km/htendremosestastensionesenlas traviesas.ConestastensionesestamosyaencondicionesdeentrarlosdatosenelPlaxis paraconocerlastensionesenelsuelo. 7.1.3 Resultadosdelmodelo Enprimerlugarsegeneralamalladeelementosdeformaautomáticacon15nodospor elementocomosemencionóaliniciodelpresentecapítulo.Entotalseusan1217nodos. Figura7.7.Malladodelasección.Fuente:ElaboraciónpropiamedianteelusodePlaxisV8.
Interéstécnico‐económicodelusodeescoriasenelámbitoferroviario 47 Enlafigura7.7sepuedenapreciarvagamentelastrescapasdecomponenestasección ferroviaria.Lacapadeforma(queconstituyeelmaterialnaturalpor elterrenoenque discurre)tieneunespesormuyconsiderablerespectoalasotrasdoscapasporelúnico motivodepermitiralprogramaun mejorfuncionamiento.Enestepuntoseaplicanlas condicionesdecontornoquevanaresultarendesplazamientoceroentodaslaslíneasde contornoexceptoenlasuperior. Lasecciónesmalladaautomáticamenteporelprogramaynodaopción a hacerlo manualmente.Sepuedenrefinaralgunaspartes,aunqueentonces,elcostecomputacional eselevadoyconunordenadordecaracterísticasconvencionalesdaerrordebidoalafalta dememoria. Apreciamos en dicha figura como el mallado no es simétrico y por ello, cuando obtengamosunaimagendelastensionesveremoscomoéstastampoco son simétricas totalmente. Esto no constituye ningún problema ya que las diferencias son mínimas y porqueconocemoselorigendedichaasimetría. Acontinuaciónsecalculanlastensionesdebidasalpropioterrenodandolossiguientes resultados: Figura7.8.Tensionesdebidasalpropioterreno.Fuente:Elaboraciónpropia. Estosvaloresdetensiónsesumaránalastensionesproducidasporlascargasdedebidas alpasodeltren.Ésteeselpasoprevioalaaplicacióndecargasyesindispensablepara conocerelestadotensionaldelterrenoprevioalpasodeltren. A continuación se debe indicar la posición del nivel freático que en nuestro caso lo pondremos enlacotamásbajaposibleyaquenoes objetodeesteestudiovalorarlas tensionesconvariacionesdelfreático.
JaumeRocaGuitart 48 Unavezrealizadoesto,yasepuedeprocederaejecutarelprograma.Lomásinteresantees hallar las tensiones y los desplazamientos en las diferentes cotas bajo la traviesa más solicitada.Losresultadossonlossiguientes: • Tensiones Figura7.9.Direccionesdelastensionesprincipalesbajolastraviesascargadas.Fuente:Elaboración propia. Lafigura7.9muestralasdireccionesprincipalesdelastensionesendondeestasllegana serparalelasalasanteriormentemostradasaunaprofundidaddeunos2metrosbajola superficie.Enlafigura7.10siguientesedetallanloscontornosdelastensionesverticales. Sepuedeapreciarcomolastensionesdelastraviesasmásalejadas prácticamente no afectanalterrenomientrasquelasdemástransmitenlamayorpartedelacarga.
Interéstécnico‐económicodelusodeescoriasenelámbitoferroviario 49 Figura7.10.Distribucióndelastensiones.Fuente:Elaboraciónpropia. En la figura ampliada siguiente se aprecia la propagación de las tensiones dentro del balastoydelsubbalastoyvemoscomoyaenlacapadeformalastensionessonmucho másuniformesynoexistengrandesvariaciones. Figura7.11.Detalledeladistribucióndetensiones.Fuente:Elaboraciónpropia.
JaumeRocaGuitart 50 Acontinuaciónsemuestranlastensionescalculadasenlaverticaldelpuntomediodela traviesamássolicitada. Figura7.12.Perfildetensionesbajolatraviesamássolicitada.Fuente:Elaboraciónpropia. X [m ] Y[m ] σyy[kN/m^2 ] 3,85 7‐145,73289 3,85 6,65 ‐50,958965 3,85 6,65 ‐64,657403 3,85 6,4 ‐50,328499 3,85 6,4 ‐55,938248 3,85 6,0234064 ‐57,089293 3,85 5,6468127 ‐57,954336 3,85 5,2702191 ‐58,94289 Tabla7.5.Valoresdelastensionesenelperfil.Fuente:Elaboraciónpropia. Vemoscomolastensionesenelbalastovaríande145,7KN/m²hasta50KN/m².Siexiste compatibilidadtotalentreelbalastoyelsubbalastoyladeformacióneslamismaenla interfazlavariacióndetensionessólodependerádelmódulodeelasticidaddelmaterial. En el subbalasto las tensiones van des de 65KN/m² hasta 50KN/m² para subir a los 5KN/m²enlacapadeformayapartirdeaquímantenerseconstante y variando sólo debidoalaumentodetensionesporelpesopropio.
Interéstécnico‐económicodelusodeescoriasenelámbitoferroviario 51 Paravalidarqueestastensionessonadmisiblessepuedeusarlasiguienteformulación, queespropiaparaelbalasto: Figura7.13.Tensionesadmisiblesporlacapadebalasto.Fuente:[14] Latensiónmáximaadmisibleporlacapadebalastoresultaserde294KN/m²habiendo obtenidoennuestromodelounvalorde145KN/m². • Desplazamientos
JaumeRocaGuitart 52 Figura7.14.Vistageneraldelaspectodelasdeformaciones.Fuente:Elaboraciónpropia. Eldesplazamientomáximoqueocurrebajoestascargasesde2,46mm,enelqueseincluye eldesplazamientoporladeformacióndelsuelodebidoasupropiopeso. 7.1.4 Análisisdesensibilidad Parapoderanalizarlavalidezdelmodeloseprocedearealizar un sencillo análisis de sensibilidad. Resulta interesante observar en qué medida cambian las tensiones y los desplazamientosalvariarlosparámetrosquedeterminaneltipodesueloqueenéstecaso serán:elmódulodeelasticidad(E),elespesordelacapa,elcoeficientedePoisson(ν)yel ángulo de rozamiento (φ). El presente análisis se debe básicamente a que los valores obtenidos para las escorias presentan una gran variabilidad y sequieresaberenqué medidaafectanalosresultadosmostradosporPlaxis. a) Módulodeelasticidad Losdatosencontradossobreel módulodeelasticidadpresentanunrangodevariación muyamplio.Elmenorvalorresultade690MPamientrasqueelmayorde2800MPa.Las tensionesobtenidasbajolatraviesamássolicitadasonlassiguientes:
Interéstécnico‐económicodelusodeescoriasenelámbitoferroviario 59 SiendoEdelmódulodeelasticidaddelmaterialconsideradoyNelnúmerodeciclosde carga que debe soportar con la citada tensión. En el ámbito ferroviario se considera suficienteadoptarN=2·106ciclosyaqueunnúmeromayordecarganotieneinfluencia significativaenlosresultados. Medianteestafórmulaobtenemosquelatensiónadmisibleporlaplataformaresultaser de0,887kg/cm 2mientrasquelatensiónalaqueestásometidatantoconeluso de escorias como de material convencional es de unos 56MPa que son 0,5714Kg/cm2. Obtenemosporlotantounvalormenorcomoeradeesperar. Paralastensionesenelsubbalasto,sepuedeaplicartambiénlaformulacióndeHeukelom obteniendounatensiónadmisible: • Subbalastoconvencional:σadm=1,35kg/cm2 • Subbalastodeescorias:σadm=9,05Kg/cm2 Apreciamosunagrandiferenciaentreambasyaqueelsubbalastodeescoriaspuedellegar a soportar casi 10 veces más tensión que el subbalasto convencionalsegúnesta formulación.Lastensionesqueaguantaelsubbalastosonde0,65kg/cm2 por lo tanto, resistenconholguralatensiónalaqueessometida. 7.1.7 Variacióndelastensionescondiferentesespesoresdesubbalasto deescorias Enestesub‐apartadosepretendemostrarlavariaciónenlastensionesquehabríaencaso dereducirelespesordelacapadesubbalasto.Sehapropuesto un espesor de 15 cm debidoaqueeselmenorquesepuedecolocarparaaseguraruna calidad geométrica aceptable.Losresultadosobtenidossonlossiguientes: Tensiones: X Yσyy [m ] [m ] [kN/m^2 ] 3,85 7‐145,23165 3,85 6,65 ‐62,748868 3,85 6,65 ‐72,2249 3,85 6,5 ‐48,983645 3,85 6,5 ‐58,309402
JaumeRocaGuitart 60 3,85 5,9973969 ‐58,229718 3,85 5,4947939 ‐58,908438 Tabla7.12Valoresdelastensionesenlaverticaldelatraviesamássolicitadaparaunaseccióncon 15cmdesubbalastoconáridosiderúrgico.Fuente:Elaboraciónpropia. Figura7.20.Representacióndelastensionesmostradasenlatabla7.12.Fuente:Elaboración propia. Comparandoestosvaloresconunaseccióncon25cmdesubbalastoseapreciacomolas tensionesenelmismoaumentanenmediaenunos10KN/m2sinembargo,lastensiones queluegosoportalaplataformasóloaumentanen2KN/m2. Lasdeformacionessóloaumentanenunasdécimasdemilímetrosiendoestastotalmente aceptables.Enestecasoeldesplazamientomáximoesde2,41mm. Figura7.21(enKN/m2)Tensionestransversalesenlacapadeformajustodebajodelsubbalasto,con 15cmdeescoriasenelsubbalasto.Fuente:Elaboraciónpropia.
Interéstécnico‐económicodelusodeescoriasenelámbitoferroviario 61 Ladistribucióndetensionesenunejelongitudinaltampocovaríadeformasignificativa, obteniendounacurvamuysimilaryunastensionesenlacapadeformadebidasalpeso propiode9KN/m2. 7.2 Modelo2:Víaconvencionaldelargadistancia Elmodelodeunavíaconvencionaltienecomoprincipalesdiferenciasconeldelalíneade altavelocidadelpesoporejeylavelocidaddecirculación.Unavíaconvencionalporlaque circulantrenesdepasajerosydetransportedemercancíasalmismotiempodebepoder soportarunpesoporejede22,5Tnqueaumentaráenfuncióndelavelocidadalaque circule. Sehatomadocomoreferencialasvíasdelargadistanciaespañolas. Muchas de ellas permitenunasvelocidadesde160km/hasíquesetomaráestavelocidad como de referenciaparahacerloscálculos. Los espesores de las diferentes capas de una sección ferroviaria convencional suelen diferirenlosespesoresdelacapadesubbalastoydeformadependiendodelacalidaddel terreno sobre elque discurren. La capa de balasto está formadamayoritariamente por unos20‐30cmdeespesor,quedependetambiéndeotrosfactorescomoelpesodelos convoyesquecirculanasícomolaintensidaddeusodelainfraestructura. Figura7.22.Vistadeunasecciónferroviariadeunavíaconvencional.Fuente:Proyectoferroviariode COMSA. Para esta segunda sección a modelizar, se supondrá que el terrenonaturalporelque discurreunciertotramotienelaclasificaciónQS2.ParaconseguirunaplataformatipoP3, siguiendolasindicacionesdelanormaUIC719hayqueañadir40cmdeQS3.Porlotanto lasecciónserácompuestapor:
JaumeRocaGuitart 62 • TerrenonaturaltipoQS2 • Capadeformacompuestapor40cmdeQS3 • Subbalastoconunespesorde20cm • Balastoconunespesorde30cm 7.2.1 Valoresdereferenciaparaelmodelo • Cargaporeje Para situarnos en el caso más desfavorable tensionalmente se ha optado por tomar el valormáximo,esdecir,22,5Tn.Tomandolavelocidadde160Km/hyutilizandola formulacióndeEisenmannobtenemosunacargadinámicade260KNporeje,despuésde mayorarlaun17%. Trenconvencional Material pesoporeje(Tn) Locomotoras 20‐22,5 Vagonesdemercancías 16‐22,5 Cochesdeviajeros 12‐14 Tabla7.13.Pesosporejeparadiferentematerialferroviario.Fuente:Elaboraciónpropia. • Traviesa SehaoptadoporunatraviesadeltipoB70aunquesuusonoseamayoritarioenEspaña. Estatraviesatieneunáreadeapoyomayorquelasmáscomunestraviesas RS. Se considera que para líneas que soportan tráficos mixtos y sufren mucho desgaste estas traviesasposeenmejoresprestaciones. Peso Área Longitud Anchura Cargaadmisible 280kg 6801cm2 2600mm 300mm 25tporeje Tabla7.14.ValoresdelascaracterísticasgeométricasdelatraviesaB70.Fuente:RailOne.GmbH. Ladistanciaentretraviesases,aligualqueenlaaltavelocidad,de60cm.
Interéstécnico‐económicodelusodeescoriasenelámbitoferroviario 63 Figura7.23.AlzadoyplantadelatraviesaB70.Fuente:RailOne. • Carril ParalaslíneasconvencionalesdenuevaconstrucciónseusaelcarrilUIC‐60,elmismoque el utilizado para las líneas de alta velocidad. Se utilizarán los mismos datos que en el modelo1. • Laplacadeasiento En vías convencionales, la rigidez que presenta el sistema balasto‐plataforma es normalmentemenorqueeldeunavíadealta velocidad.Existenlíneas enlas queésta rigidez se queda en valores alrededor de 35KN/mm. La placa de asientopermiteen algunoscasosaumentarlarigideztotaldelavía.Envíasdemayorcalidad,losvaloresdela rigidezseacercanalos70‐80KN/mm.Aquísepropondráunvalorderigidezdelaplacade asientoparaobtenerunvalorrazonableparalavíaensuconjunto. • Rigidezdelconjuntobalastosubbalastocapadeformaplataforma Lascaracterísticasdelosmaterialesusadosenestasecciónsonlossiguientes:
JaumeRocaGuitart 64 Tabla7.15.Característicasdelosmaterialesdelasección.Fuente:Elaboraciónpropia. Enestecaso,contamoscon4tiposdematerialesdiferentesquecomponenestasección.La fórmula usada anteriormente para calcular la rigidez del sistema (formulación de Eisenmann)sóloteníaencuentaaquellasseccionescompuestasportrescapasdiferentes. Para poder seguir usando esta formulación hay que encontrar un valor del módulo de Young para la plataforma. Para ello utilizaremos la formulación de Thenn y Borrows (1966)parahallarunaEequivalente. 3 21 322 311 ·· ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ + + =hh EhEh Eeq Utilizandoestaexpresiónconlosvaloresdelmódulodeelasticidaddelascapasdelbalasto ysubbalastoencontramoselsiguientevalor. Eeq=125,9MPa Conestevaloryconsiderandolascapasdebalastoysubbalasto como una sola capa y usandoEisenmanencontramoselcoeficientedebalastodelavía. Ceq=11kg/cm3yteniendoencuentaeláreaefectivadelatraviesaB70seobtiene una rigidezdevíade65KN/mm. • Cálculodelalongitudefectiva Conlosdatosobtenidoshastaahorapodemoscalcularlalongitudenlaquesereparteel pesodeunarueda. L=707,51mmsiendolalongitudl=3,33m.Comparandoestevalorconelobtenidoparael casodelalíneadealtavelocidadseobservacomoésteresultamayor.Estoesdebidoauna menorrigidezdelavíaquehacequeelpesoserepartaenunamayorlongitud. Característicasdelosmaterialesdelasección Capa Espesor E(MPa) v C (N/m²) φ(º) Densidad(KN/m2) balasto 30cm 130 0,2 045 15 subbalasto 20cm 120 0,3 035 19 QS3 40cm 78,4 0,3 035 19 QS2 24,5 0,3 0,1 20 18
Interéstécnico‐económicodelusodeescoriasenelámbitoferroviario 65 7.2.2 Tensionesenlastraviesas LastensionescalculadasporelmétododeZimmermandanlossiguientesvalores: Latraviesamássolicitadasoportaráunatensióndeσ=193,55KN/m2.Multiplicandoeste valor por el coeficiente de repartición η obtendremos las tensionesparalastraviesas adyacentes. σI=193,55KN/m2 σII=84,055KN/m2 σIII=36,488KN/m2 Figura7.24.Distribucióndelastensionesenlalongitudefectiva.Fuente:Elaboraciónpropia. 7.2.3 Resultadosdelmodelo • Tensiones Comparaciónentrelastensionesobtenidasutilizandolosmaterialesdescritosmásarriba y sustituyendo las capas de subbalasto y de forma por escorias con las mismas propiedadesqueenelmodeloparaaltavelocidad. ‐Conescorias:
JaumeRocaGuitart 66 Figura7.25.Distribucióndelastensionesenunasecciónconescorias.Fuente:Elaboraciónpropia. ‐Sinescorias: Figura7.26.Distribucióndetensionesenunasecciónconmaterialesconvencionales.Fuente: Elaboraciónpropia. Medianteestasfigurasenlasqueseaprecialadistribucióndelastensionesseobserva claramentecomolastensionessedistribuyenenmuchamássuperficieenelcasodela
Interéstécnico‐económicodelusodeescoriasenelámbitoferroviario 67 sección con escorias. Las tensiones se reparten más uniformemente y disminuyen las presionesrecibidasporlaplataforma. Laprincipaldiferenciaconelcasodelalíneadealtavelocidadesenelespesordeescorias introducido.Enelpresentecasoseincorporanuntotalde60cmdeescorias.Comparando lastensionesbajolaverticalobservamosconmásdetallelasdiferencias,estoseapreciaen lassiguientesfiguras: Lastensionesobtenidasenlaverticalbajoelcentrodelatraviesamáscargadason: Figura7.27.Perfildetensionesbajolatraviesamássolicitada.Fuente:Elaboraciónpropia. Figura7.28.Perfildetensionesbajolatraviesamássolicitada.Fuente:Elaboraciónpropia.
JaumeRocaGuitart 68 Enlasiguientetablaseadjuntanlosvaloresdelastensionesenla verticalparaambos casos. Y[m] σ_yy[kN/m²](material convencional) σ_yy[kN/m²](escorias) 7 ‐213,6559 ‐187,8588 6,7 ‐84,58644 ‐67,85565 6,5 ‐80,19836 ‐60 6,5 ‐66,00431 ‐60 6,1 ‐55,5741 ‐54,50166 6,0968438 ‐62,79079 ‐53,3636 Tabla7.16.Comparaciónentrelastensionesobtenidasconysinescorias.Fuente:Elaboraciónpropia. Enlatabla7.16seconcluyequelastensionesusandoescoriasresultansernotablemente menoresenalgunospuntos.Seapreciacomolastensionesquerecibelacapadeformason unos 10KN/m2 menores usando escorias que sin. En los gráficos observamos también como el Plaxis presenta algunas ineficiencias que hay que saber interpretar ya que el malladonoestotalmenteuniformeyseproducenalgunossaltosenlastensiones. Figura7.29.Comparaciónentrelastensionesobtenidas.Fuente:Elaboraciónpropia. El presente gráfico muestra de una manera más visual lo quela tabla 7.16. El punto 1 muestralatensiónjustobajotraviesa,queconcuerdaconlacotade+7,00mdelmodelo. • Desplazamientosmáximos En el caso de la configuración de la vía convencional se obtienen desplazamientos relativamente mayores que en el casodelavíadealtavelocidad. Esto se debe principalmentealadisminuciónderigidezdelconjuntodelaplataformayelbalastoy subbalasto. Las cargas son sensiblemente mayores en este caso y además la rigidez es inferior.
Interéstécnico‐económicodelusodeescoriasenelámbitoferroviario 75 Considerandolatabla8.1,elcostedeunmetrolinealdevíadoblehechausandoescorias, sinousandoel50%decadaunoes: Coste(incltransporte)€/mlvíadobleCapadesubbalastoCapadeforma 100%escorias142,31331,52 50%escorias164,94359,98 100%agregadonatural187,57388,43 Tabla8.2.Costesdeunmetrolinealdevíadobleparalascapasdesubbalastoydeforma.Fuente: Elaboraciónpropia. Vemos que, para los valores aproximadostomados,resultamáseconómico introducir escoriasqueusarúnicamenteáridodeprocedencianatural.Entotal,enelcasodesustituir completamenteeláridonaturalporescorias,sepuedeobtenerunareduccióndel24%y 15%paralascapasdesubbalastoydeformarespectivamente. Estosprecios,comosehacomentadoconanterioridad,variaránenfuncióndelpreciodela gasolinaydemuchosotrosfactores,asípues,resultaríavital realizar un estudio económicoprevioacadaobraenlaquesenecesiteestetipodematerial.
JaumeRocaGuitart 76 9 CONCLUSIONESYRECOMENDACIONES Enelpresentecapítulodestacarélasconclusionesalasquesehallegadodespuésdehaber realizado esta tesina. También propondré futuras líneas de investigación para seguir avanzandoenelconocimientodelcomportamientodelasescoriascomoáridoderelleno. 9.1 Conclusiones • Lasescoriassepuedenvalorizarysepuedentratarparaconseguir la granulometría deseada para que cumplan con las prescripciones técnicas. La experienciadelusoencarreterasasílodemuestra. • Resulta dificultoso estandarizar las propiedades de las escoriasyaquesus propiedadesvaríanmuchosegúnsuprocedencia. • LanormativadelADIFparalacapadesubbalastonocontemplalaposibilidadde unusoexclusivodeunmaterialquenoseadeprocedencianatural,representando estounproblemadecaraafuturasimplantacionesdeéstematerialenelámbito ferroviario. • Serequierenmásestudiossobrelaexpansividaddelasescoriasalserexpuestasa humedad,sobretodoalargoplazo. • LoslixiviadospuedenpresentaraltosvaloresdepHrepresentandoestounpeligro paraelmedioambiente. • Enelcasodeutilizarlasescoriascomoáridoderellenohayquehacersiempreun controlexhaustivosobrelaspropiedadesdelmaterial,yaqueenexperienciasen carreterassehandadoproblemasporfaltadecontrol. • Laspropiedadesdelasescoriassepuedenconsiderarmejores,salvoexcepciones, queeláridohomólogodeprocedencianatural. • Elaumentoderigidezquesuponenlasescoriasesdebidoasumayormódulode elasticidadydebetomarseencuentaalahoradeproyectarunalíneade ferrocarril. • Según los resultados obtenidos se podría reducir el espesor de la capa de subbalastodecomprobarlasbuenascualidadesdelasescorias. • Los resultados numéricos obtenidos no pueden tomarse como definitivos en ningúncaso,puesparaobtenerlascargassehanusadofórmulasempíricasyotras teorías. • Segúnlosestudiosconsultados,ysegúnlalocalizacióndelaobraylosproveedores dematerial,sepuededecirqueelusodeescoriaspuederesultarmáseconómico queeláridonatural.
Interéstécnico‐económicodelusodeescoriasenelámbitoferroviario 77 • Lastensionesenlasdiferentescapasdelaplataformaparalosdistintosmodelos hanresultadoserinferioresalasmáximasadmisiblesytambiéninferioresalas obtenidasusandomaterialdeprocedencianatural. • Comoconclusiónfinalsepuededecirquelainvestigaciónllevadaacaboofrece unosresultadosqueincitanaseguirinvestigandodebidoaqueelpotencialque tieneestematerialparaserusadoesmuygrande. 9.2 Recomendaciones • RealizarmodelosconunpaquetedeelementosfinitostipoANSYSasumiendoun móduloelásticodinámicoparaaproximarsemejoralarealidad. • Llevar a cabo un análisis dinámico en elementos finitos, sin tener en cuenta sobrecargasdinámicassobrelaestática. • Hacer un estudio teniendo en cuenta además de las cargas verticales, las transversalesylaslongitudinales. • Analizaralargoplazoelcomportamientodelasescoriasenuntramodeprueba sobre todo para determinar posibles expansividades debido a la humedad y posibles heladas, ya que resulta crucial conocer bien el comportamiento de las escoriasantesdeserintroducidas.
JaumeRocaGuitart 78 10 REFERENCIASBIBLIOGRÁFICAS [1]W.GuttyP.K.G.Nixo,Mater.Struct,(1979) [2]EstadísticasdelaUNESID(Unióndeempresassiderúrgicas),2008 [3]RuizRubio,A.yGarcíaCarretero, J. La aplicación de las escorias de acería en carreteras.Ingenieríacivil,CEDEX,Núm.80(5‐9),1991 [4]BusinessLine(1998),Temperingprofitswithgreenlogic.BusinessLine,India. [5]CEDEXmateriales.Escoriasdeaceríadehornodearcoeléctrico.Fichatécnica2.3,2011 [6]A.UríayJ.T.SanJosé(2000).Escoriasdehornodearcoeléctricoenmezclas bituminosas,Arteycemento,nº1905. [7]HernándezPuy,J.(2010)Tesina:estudiodelaestabilidadvolumétrica,propiedades físicasyquímicasdelaescorianegradeacerodehornodearcoeléctrico [8]DECRETO32/2009,de24defebrero,sobrelavalorizacióndeescoriassiderúrgicas [9]DiariOficialdelaGeneralitatdeCatalunya Núm.5328–27.2.2009,pàgs16084‐16091 [10]YildirimI.Z.yPrezziM.(2009)UseofSteelSlaginSubgradeApplicatiosn.Purdue University [11]Ficha técnica de producto, ADECGLOBAL, Áridosiderúrgico0/32. [www.adecglobal.cat] [12]VázquezRamonich,E.yBarraBizinotto,(2005)M.Informenº151_15,Caracterización deláridosiderúrgico0/25Celsa.UniversitatPolitècnicadeCatalunya.Secciómaterialsde construcció. [13]ReferenceManual.Samples.Plaxisv.08 [14]LópezPita.A.Infraestructurasferroviarias. [15]CoenraadEsveld,ModernRailwaytrack,p.75 [16]A.LópezPita,Infraestructurasferroviarias,p.223 [17]PliegodeprescripcionestécnicasdeADIF [18] Tesina de Nájera Valera, V. Modeloselastoplásticosdecálculoporelementosfinitos paraeldiseñodeplataformasferroviarias,p.3. [19]Proyecto de investigación sobre el uso de las escorias en el campo ferroviario. Empresa:Comsa‐Emte. [20]NormativaUIC,http://www.uic.org/
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JaumeRocaGuitart 80 11 INDICEDEFIGURAS Figura2.1 Evolución de la inversión ferroviaria europea en los últimos años. Fuente: ComisiónEuropea…………………………………………………………………………………………………………4 Figura2.2.Evolucióndelalicitacióndeobrapúblicaporsectoresenporcentaje.Fuente: MinisteriodeFomento……………………………………………………………………………………….…….……4 Figura2.3.Evolucióndelnúmerodekilómetrosdevíasdealtavelocidad.Fuente:UIC, 2009…………………………………………………………………………………………………………………….……….5 Figura3.1. Clasificación de las escorias según su procedencia. Fuente: Elaboración propia……………………………………………………………………………………………………………………..…….7 Figura4.1.Seccióntípicadeunavía.Fuente:UIC……………………………………………………....…19 Figura5.1.Seccióntipodeunaplataforma……………………………………………………………..……23 Figura5.2.Localizacióngeográficadelasdiferentesplantassiderúrgicas.Fuente:CEDEX. En azul: acerías de horno eléctrico de arco (acero común). En rojo:aceríasdehorno eléctricodearco(aceroinoxidable)……………………………………………………………………………...25 Figura5.3.Esquemadeltratamientodelasescoriasparaobteneráridosiderúrgico. Fuente:ProyectodeinvestigaciónGAINdeCOMSA…………………………………………………….…30 Figura6.1.Esquemadelascapasdeasiento.Fuente:AlvarezMantaras,D.,Luque Rodriguez,P.;2003……………………………………………………………………………………………………...33 Figura6.2.CatálogoUIC.Fuente:A.LópezPita…………………………………………………………….35 Figura6.3.CatálogodeseccionesestructuralesdelaUIC.Fuente:[21]…………………………35 Figura6.4. Espesor mínimo global de balasto y de subbalasto bajo traviesa. Fuente: [21]…………………………………………………………………………………………………………………………….36 Figura7.1.PosicióndelosnodosylospuntosdeGauss.Fuente:ManualdelPlaxis……….38 Figura7.2.Seccióncaracterísticadeunavíadealtavelocidad.Fuente:ADIF…………………40 Figura7.3.AlzadoyplantadeunatraviesamonobloqueAI04.Fuente:ADIF…………………42 Figura7.4.PerfildelcarrilUIC60.Fuente:UIC………………………………………………...…………..43 Figura7.5.Deflexióndelavíaalpasodeunacarga.Fuente:[15]…………………………...……..45 Figura7.6.Distribucióndelascargasenlastraviesas.Fuente:Elaboraciónpropia……….46 Figura7.7.Malladodelasección.Fuente:ElaboraciónpropiamedianteelusodePlaxis V8……………………………………………………………………………………………………………………………….46 Figura7.8.Tensionesdebidasalpropioterreno.Fuente:Elaboraciónpropia……………….47
Interéstécnico‐económicodelusodeescoriasenelámbitoferroviario 81 Figura7.9.Direccionesdelastensionesprincipalesbajolastraviesascargadas.Fuente: Elaboraciónpropia………………………………………………………………………………………………………48 Figura7.10.Distribucióndelastensiones.Fuente:Elaboraciónpropia………..……………….49 Figura7.11.Detalledeladistribucióndetensiones.Fuente:Elaboraciónpropia…………..49 Figura7.12.Perfildetensionesbajolatraviesamássolicitada.Fuente:Elaboración propia…………………………………………………………………………………………………………………………50 Figura7.13.Tensionesadmisiblesporlacapadebalasto.Fuente:[14]………………………...51 Figura7.14. Vista general del aspecto de las deformaciones. Fuente: Elaboración propia…………………………………………………………………………………………………………………………52 Figura7.15.Distribucióndetensionesalolargodelasección.Fuente:Elaboración propia……………………………………………………………………………………………………………………...….53 Figura7.16.Distribucióndetensionesalolargodelasección.Fuente:Elaboración propia…………………………………………………………………………………………………………………………54 Figura7.17.Diagramadedistribucióndetensiones.Fuente:Elaboraciónpropia………….56 Figura7.18.Diagramadetensionesenlaverticaldelatraviesamássolicitada.Fuente: Elaboraciónpropia……………………………………………………………………………………………………...57 Figura7.19.Comparaciónentrelastensionesenunasecciónconsubbalastoconvencional yotraconescorias.ValoresenKN/m².Fuente:Elaboraciónpropia……………………………….58 Figura7.20.Representacióndelastensionesmostradas en la tabla 7.12. Fuente: Elaboraciónpropia………………………………………………………………………………………………………60 Figura7.21(en KN/m2)Tensiones transversalesenlacapadeformajustodebajodel subbalasto,con15cmdeescoriasenelsubbalasto.Fuente:Elaboraciónpropia…………….60 Figura7.22.Vistadeunasecciónferroviariadeunavíaconvencional.Fuente:Proyecto ferroviariodeCOMSA…………………………………………………………………………………………………..61 Figura7.23.AlzadoyplantadelatraviesaB70.Fuente:RailOne……………………………….…63 Figura7.24.Distribucióndelastensionesenlalongitudefectiva.Fuente: Elaboración propia…………………………………………………………………………………………………………………………65 Figura7.25. Distribución de las tensiones en una sección con escorias. Fuente: Elaboraciónpropia………………………………………………………………………………………………………66 Figura7.26. Distribución de tensiones en una sección con materiales convencionales. Fuente:Elaboraciónpropia………………………………………………………………………………………….66 Figura7.27.Perfildetensionesbajolatraviesamássolicitada.Fuente:Elaboración propia..……………………………………………………………………………………………………………………….67
JaumeRocaGuitart 82 Figura7.28.Perfildetensionesbajolatraviesamássolicitada.Fuente:Elaboración propia…………………………………………………………………………………………………………………………67 Figura7.29.Comparaciónentrelastensionesobtenidas.Fuente:Elaboraciónpropia…...68 Figura7.30. Sección típica de una línea de tranvía sobre balasto. Fuente: Estudio informativodeltranvíadeLeón…………………………………………………………………………….….….69 Figura7.31característicasdelcarrilusadoenlíneasdetranvía.Fuente:Citadis…………..70 Figura7.32. Comparación entre la distribución de tensiones con y sin escorias, respectivamente.Fuente:Elaboraciónpropia……………………………………………………………….72 Figura7.33.Comparativaentrelastensionesobtenidasenlaverticaldelatraviesamás solicitada.Fuente:Elaboraciónpropia………………………………………………………………………….73
Interéstécnico‐económicodelusodeescoriasenelámbitoferroviario 83 12 INDICEDETABLAS Tabla3.1.Composiciónquímicadeescoriasdealtohorno,%enpeso.Fuente:[1]…………..8 Tabla3.2.ProduccióndeaceroenEstadosUnidos.Enmilesdetoneladas.Fuente:U.S. GeologicalSurvey[USGS,1999]……………………………………………………………………………………...9 Tabla3.3.Composiciónquímicatípicadeescoriasdehornoaoxígeno,enporcentaje. Fuentes:1:RubioyCarretero,1991,2:MontgomeryyWang,1991,3:Geyeretal.,1997,4: YuLiyGongXin,1980,5:GeorgeySorrentino,1980……………………………………………………...10 Tabla4.1.Composiciónquímicadelasescoriasdehornoeléctrico.Fuente:CEDEX……….14 Tabla4.2. Caracterización química de la escoria según la procedencia. Fuente: Tesina HernándezPuy,J…………………………………………………………………………………………………………15 Tabla4.3. Cuantificación química de las escorias de alto horno. Fuente: Instituto E. Torroja………………………………………………………………………………………………………….…………….17 Tabla4.4.Ejemplosdetramosdecarreterasenlasquesehausadoescoriasenelfirme. Fuente:CEDEX…………………………………………………………………………………………………………….18 Tabla4.5.Granulometríaqueseexigealacapadesubbalasto.Fuente:NRV2001………..20 Tabla5.1Produccióndeacero,entoneladas.Fuente:CEDEX………………………………………..22 Tabla5.2.Kilómetrosdevíaconstruibles.Fuente:Elaboraciónpropia………………………….23 Tabla5.3.Kilómetrosdevíaabastecidosanualmente.Fuente:Elaboraciónpropia………..24 Tabla5.4.Comparativadelasactividadesquesuponecadamaterial.Fuente:Elaboración propia...……………………………………………………………………………………………………………………….27 Tabla5.5.Valoreslímiteparaobtenerlacalificaciónde“escoriasvalorizables”.Fuente: DOGC..…………………………………………………………………………………………………………………………28 Tabla6.1.Clasificacióndevías.Fuente:[17]………………………………………………………………..31 Tabla6.2.ClasificacióndesuelosyplataformassegúnlaUIC.Fuente:[17]……………………32 Tabla6.3. Espesores mínimos a colocar encima de una explanada para obtener una determinadacalidaddeplataforma.Fuente:Elaboraciónpropia……………………………………32 Tabla7.1.Comparación entre lospesos poreje decada modelode ferrocarril.Fuente: ADIF…………………………………………………………………………………………………………………………...41 Tabla7.2.CaracterísticasdelatraviesaAI04.Fuente:ADIF………………………………………….42 Tabla7.3.CaracterísticasdelcarrilUIC60.Fuente:UIC………………………………………………..42
JaumeRocaGuitart 84 Tabla7.4.Característicasdelosmaterialesdelaplataforma.Fuente:Elaboraciónpropia conlainformaciónobtenidade[20]……………………………………………………………………………..43 Tabla7.5.Valoresdelastensionesenelperfil.Fuente:Elaboraciónpropia…………..………50 Tabla7.6.ComparaciónentrelosvaloresdelastensionessegúnelmóduloEintroducido. Fuente:Elaboraciónpropia………………………………………………………………………………………….53 Tabla7.7. Variación de la tensión con el ángulo de rozamiento. Fuente: Elaboración propia.……………………………………………………………………………………………………………………….54 Tabla7.8.VariacióndelastensionesconelcoeficientedePoisson.Fuente:Elaboración propia…………………………………………………………………………………………………………………………55 Tabla7.9.Resultadosdelavariacióndelespesor.Fuente:Elaboraciónpropia……………...55 Tabla7.10.Característicasdelsubbalastodeescorias.Fuente:Elaboraciónpropia……….56 Tabla7.11.Valorestelatensiónverticalbajolatraviesamássolicitada. Fuente: Elaboraciónpropia………………………………………………………………………………………………………57 Tabla7.12Valoresdelastensionesenlaverticaldelatraviesamássolicitadaparauna seccióncon15cmdesubbalastoconáridosiderúrgico.Fuente:Elaboraciónpropia……….60 Tabla7.13.Pesosporejeparadiferentematerialferroviario.Fuente:Elaboración propia…………………………………………………………………………………………………………………………62 Tabla7.14.ValoresdelascaracterísticasgeométricasdelatraviesaB70.Fuente:RailOne. GmbH………………………………………………………………………………………………………………………….62 Tabla7.15Característicasdelosmaterialesdelasección.Fuente:Elaboraciónpropia…64 Tabla7.16. Comparación entre las tensiones obtenidas con y sin escorias. Fuente: Elaboraciónpropia.…………………………………………………………………………………………………….65 Tabla7.17.Característicasdelosmateriales.Fuente:Elaboraciónpropia……………………..71 Tabla7.18.Tensionesbajolaverticalconysinescorias.Fuente:Elaboraciónpropia…….73 Tabla8.1.Volumenpormetrolinealdevíadoble.Fuente:Elaboraciónpropia……………...74 Tabla8.2.Costesdeunmetrolinealdevíadobleparalascapasdesubbalastoydeforma. Fuente:Elaboraciónpropia………………………………………………………………………………………….75